KR102434377B1

KR102434377B1 - 도포액 함침 시트형 강화 섬유 다발 및 시트형 일체물의 제조 방법, 도포 장치

Info

Publication number: KR102434377B1
Application number: KR1020197025914A
Authority: KR
Inventors: 다카시 오치; 소 니시노; 다모쓰 스즈키; 준이치 아오키
Original assignee: 도레이 카부시키가이샤
Priority date: 2017-03-23
Filing date: 2018-02-22
Publication date: 2022-08-18
Also published as: JP6451891B1; RU2019133129A; US20200039114A1; CN110430984A; KR20190131483A; TW201834752A; EP3603917A1; EP3603917B1; JPWO2018173617A1; WO2018173617A1; JP6418356B1; US11224993B2; JP2019022886A; CN110430984B; EP3603917A4; ES2909740T3

Abstract

일방향으로 긴 연속 강화 섬유를 일방향으로 배열한 시트형 강화 섬유 다발에 도포액을 부여한 도포액 함침 시트형 강화 섬유 다발의 제조 방법에 관하여, 주행 속도가 빠른 경우라도 발생한 보풀이 쌓이지 않고 연속 주행이 가능하며, 또한 시트형 강화 섬유 다발에 도포액을 효율적으로 함침시키는 것이 가능한, 도포액 함침 시트형 강화 섬유 다발의 제조 방법 및 도포 장치를 제공하는 것을 과제로 하고, 본 발명은, 도포액(2)이 저류(貯留)된 도포부 (20)의 내부에, 강화 섬유(1)를 일방향으로 배열한 시트형 강화 섬유 다발(1a)을, 실질적으로 수직 방향 하향으로 통과시켜 도포액(2)을 시트형 강화 섬유 다발(1a)에 부여하는 도포액 함침 시트형 강화 섬유 다발(1b)의 제조 방법으로서, 도포부 (20)는 서로 연통된 액고임부와 협착부를 구비하고, 액고임부는 시트형 강화 섬유 다발(1a)의 주행 방향을 따라 단면적이 연속적으로 감소하는 부분을 가지고, 협착부는 슬릿형의 단면을 가지고, 또한 액고임부의 상면보다 작은 단면적을 가지는 것을 요지로 한다.

Description

도포액 함침 시트형 강화 섬유 다발 및 시트형 일체물의 제조 방법, 도포 장치

본 발명은, 도포액 함침 시트형 강화 섬유 다발 및 시트형 일체물의 제조 방법, 도포 장치에 관한 것이며, 특히, 시트형 강화 섬유 다발에 도포액을 균일하게 함침하는 방법, 및 장치에 관한 것이다.

열가소성 수지나 열경화성 수지를 포함하는 매트릭스 수지를 강화 섬유로 보강한 섬유 강화 복합 재료(FRP)는, 항공·우주용 재료, 자동차 재료, 산업용 재료, 압력용기, 건축 재료, 하우징, 의료용도, 스포츠 용도 등 다양한 분야에서 사용되고 있다. 특히 높은 역학적(力學的) 특성과 경량성이 필요할 경우에는, 탄소 섬유 강화 복합 재료(CFRP)가 바람직하게 널리 사용되고 있다. 한편, 역학적 특성이나 경량성보다 비용이 우선시되는 경우에는 유리 섬유 강화 복합 재료(GFRP)를 사용되는 경우가 있다. FRP는 강화 섬유 다발에 매트릭스 수지를 함침하여 중간 기재(基材)를 얻고, 이것을 적층, 성형하고, 열경화 수지를 더욱 사용한 경우에는 열경화시키고, FRP로 이루어지는 부재를 제조하고 있다. 전술한 용도로는 평면형물이나 그것을 절곡한 형태를 가지는 것이 많으며, FRP의 중간 기재로로서도 1차원의 스트랜드(strand)나 로빙(roving)형물보다, 2차원의 시트형물이 부재를 제작할 때의 적층 효율이나 성형성의 관점에서 폭 넓게 사용되고 있다.

또한, 최근, FRP로 이루어지는 부재의 생산 효율을 향상시키기 위하여, 시트형 중간 기재의 적층 기계화·자동화가 추진되고 있고, 여기서는 세폭(細幅) 테이프형 중간 기재가 바람직하게 사용되고 있다. 세폭 테이프형 중간 기재는 광폭(廣幅) 시트형 중간 기재를 원하는 폭으로 슬라이스하거나, 세폭의 시트형 강화 섬유 다발에 직접 매트릭스 수지를 함침시켜 얻을 수 있다.

2차원의 시트형 중간 기재로서는, 강화 섬유를 일방향으로 배열시킨 시트형 강화 섬유 다발에 매트릭스 수지를 함침시킨 프리프레그가 널리 사용되고 있다. 프리프레그에 사용하는 시트형 강화 섬유 다발로서는, 강화 섬유를 일방향으로 배열시켜 시트형으로 한 일방향 강화 섬유 다발이나 다방향으로 배열시킨 직물이 있다. 특히 역학적 특성이 우선시되는 경우에는 일방향 배열 강화 섬유 다발이 사용되는 경우가 많다.

프리프레그의 제조 방법의 하나인 핫멜트법은, 매트릭스 수지를 용융한 후, 이형지(離型紙) 상에 코팅하고, 이것을 시트형 강화 섬유 다발의 상면, 하면에서 샌드위치한 적층 구조를 제작한 후, 열과 압력으로 매트릭스 수지를 시트형 강화 섬유 다발 내부에 함침하는 것이다. 본 방법은 공정수가 많고, 또한 생산 속도도 높일 수 없어, 고비용이 되는 문제가 있었다.

함침의 효율화로서는, 예를 들면, 특허문헌 1과 같은 제안이 있었다. 이것은 유리 섬유를 용융 방사(紡絲)하고, 그것을 집속하여 스트랜드나 로빙형으로 한 것을 열가소성 수지를 충전한 원뿔형의 유로(流路)를 가지는 액고임부에 통과시키는 방법이었다.

한편, 시트형물의 양면에 동시에 도막(塗膜) 형성하는 방법이 특허문헌 2에 기재되어 있지만, 이것은 도막 형성 시의 시트형물의 요동을 방지하기 위하여, 웹 가이드에 시트형물을 통과시키고, 그 후, 파이프형 닥터로 도포하는 것이다.

열가소성 수지를 사용한 밴드형 프리프레그의 제조 방법으로서, 밴드형 강화 섬유 다발을 수평 방향(가로 방향)으로 반송(搬送)하고, 다이에 통과시켜, 밴드형 강화 섬유 다발에 열가소성 수지를 부여·함침하는 가로형 인발(引拔) 방식(특허문헌 3, 특허문헌 4 등)이 알려져 있다. 특허문헌 3에는, 테이프형 강화 섬유를 크로스헤드(crosshead)(특허문헌 3의 도 2)에 통과시키고, 크로스헤드 내의 직선형의 다이부 직전에서 수지가 테이프형 강화 섬유 다발에 부여된다. 특허문헌 4에는, 복수의 밴드형 강화 섬유 다발을 따로따로 용융 열가소 수지가 충전된 다이 내에 도입하고, 고정 가이드(예를 들면, 스퀴즈(squeeze) 바)에 의해, 개섬(開纖), 함침, 적층하고, 최종적으로 1장의 시트형 프리프레그로서 다이로부터 인발하는 것이 기재되어 있다.

국제공개 WO2001/028951 팜플렛 일본특허 제3252278호 명세서 일본공개특허 평 6-31821호 공보 국제공개 WO2012/002417 팜플렛

그러나, 특허문헌 1의 방법으로는 스트랜드나 로빙형물밖에 제조할 수 없고, 본 발명이 대상으로 하는 시트형 프리프레그의 제조에는 적용할 수 없다. 또한, 특허문헌 1에서는 함침 효율을 향상시키기 위하여, 스트랜드나 로빙형 강화 섬유 다발측면에 열가소성 수지의 유체(流體)를 대고 원뿔형 유로 내에서 난류(亂流)를 적극적으로 발생시키고 있다. 이는 강화 섬유 다발의 배열을 일부 흩뜨려 매트릭스 수지를 유입시키는 것을 의도하고 있는 것으로 생각할 수 있지만, 이 사상을 일방향 배열 강화 섬유 다발에 적용하면, 강화 섬유 다발의 배열이 흐트러지고, 프리프레그의 품위가 저하될 뿐만아니라, FRP의 역학적 특성이 저하되는 것으로 여겨진다.

또한, 특허문헌 2에서의 시트형물은, 필름, 천, 종이, 박(箔), 펀칭 플레이트, 망형(網形) 시트 재료 등이며, 본 발명의 대상인 일방향 배열 강화 섬유 다발은 의도하고 있지 않다. 만일, 탄소 섬유로 이루어지는 일방향 배열 강화 섬유 다발에 특허문헌 2의 기술을 적용한 경우에는, 웹 가이드에서의 찰과에 의해 보풀이 발생하고, 일방향 배열 강화 섬유 다발이 주행 곤란이 될 것으로 여겨진다. 또한, 특허문헌 2의 기술은 수지의 도포이며, 함침은 의도하고 있지 않다.

특허문헌 3의 기술에서는, 크로스헤드 내의 다이부의 전부(前部)는 수지가 없는 상태로 테이프형 강화 섬유가 슬릿형의 가이더 칩을 통과하므로, 보풀이 쌓이기 쉽고, 또한 보풀을 제거하는 기능도 없기 때문에, 장시간 연속 주행시키는 것은 곤란한 것으로 여겨진다. 특히 보풀이 발생하기 쉬운 탄소 섬유에서는 이 경향이 현저하게 될 것으로 여겨진다.

또한, 특허문헌 4의 방법에서는 연속 생산 시에 액고임부에 보풀이 체류하기 쉽고, 인발부에서 보풀이 쌓이기 쉽다. 특히, 밴드형 강화 섬유 다발을 고속으로 연속 주행시키면, 보풀이 쌓이는 빈도가 매우 높아지므로, 매우 늦은 속도로밖에 생산할 수 없어, 생산성이 높아지지 않는 문제점이 있었다. 또한, 가로형 인발 방식의 경우, 다이부는 액 누출 방지를 위해 밀폐할 필요가 있고, 연속 생산 중에 보풀을 회수하는 것도 충분하지 않다. 또한, 가로형 인발 방식에 있어서는, 시트형 강화 섬유 다발의 내부에 도포액이 함침할 때, 밴드형 강화 섬유 다발의 내부에 잔류하고 있던 기포는, 부력에 의해 강화 섬유 다발의 배향 방향과 직교하는 방향(밴드형 강화 섬유 다발의 두께 방향)으로 배출되므로, 함침되어 오는 도포액을 밀어내도록 하여 기포의 배출이 진행된다. 이 때문에, 기포의 이동이 액에 의해 저해될 뿐만 아니라, 도포액의 함침도 기포에 의해 저해되므로, 함침 효율이 좋지 못한 문제점이 있었다. 그리고, 특허문헌 4에서는 기포를 벤트로부터 배기하는 것도 제안되어 있지만, 다이 출구 부근뿐이며, 그 효과는 한정적인 것으로 여겨진다.

이와 같이, 일방향으로 배열한 강화 섬유 다발로의 효율적인 도포액 부여 방법, 특히 일방향 강화 섬유 다발을 사용한 시트형 프리프레그의 효율적인 제조 방법은 아직 확립되지 않고 있다.

본 발명의 과제는, 도포액 함침 시트형 강화 섬유 다발의 제조 방법에 관한 것이며, 보풀 발생을 억제하고, 또한 보풀이 쌓이지 않고 연속 생산이 가능하며, 또한 시트형 강화 섬유 다발에 도포액을 효율적으로 함침시켜, 생산 속도의 고속화가 가능한, 도포액 함침 시트형 강화 섬유 다발의 제조 방법 및 도포 장치를 제공하는 것에 있다.

전술한 과제를 해결하는 본 발명의 도포액 함침 시트형 강화 섬유 다발의 제조 방법은, 도포액이 저류(貯留)된 도포부의 내부에, 강화 섬유를 일방향으로 배열한 시트형 강화 섬유 다발을, 실질적으로 수직 방향 하향으로 통과시켜 도포액을 시트형 강화 섬유 다발에 부여하는 도포액 함침 시트형 강화 섬유 다발의 제조 방법으로서, 상기 도포부는 서로 연통된 액고임부와 협착부(狹窄部)를 구비하고, 상기 액고임부는 시트형 강화 섬유 다발의 주행 방향을 따라 단면적이 연속적으로 감소하는 부분을 가지고, 상기 협착부는 슬릿형의 단면을 가지고, 또한 액고임부 상면보다 작은 단면적을 가지는, 도포액 함침 시트형 강화 섬유 다발의 제조 방법이다.

또한, 시트형 강화 섬유 다발을 가열한 후, 액고임부로 인도하는 상기 도포액 함침 시트형 강화 섬유 다발의 제조 방법이다.

또한, 시트형 강화 섬유 다발을 평활화 처리한 후, 액고임부로 인도하는 상기 도포액 함침 시트형 강화 섬유 다발의 제조 방법이다.

또한, 시트형 강화 섬유 다발을 확폭(擴幅) 처리한 후, 액고임부로 인도하는 상기 도포액 함침 시트형 강화 섬유 다발의 제조 방법이다.

또한, 본 발명의 시트형 일체물의 제조 방법은, 상기한 도포액 함침 시트형 강화 섬유 다발의 제조 방법에 의해 도포액 함침 시트형 강화 섬유 다발을 얻고, 얻어진 도포액 함침 시트형 강화 섬유 다발 중 적어도 한쪽 면에 이형 시트를 부여하여 시트형 일체물로 한 후, 시트형 일체물을 인취하는 시트형 일체물의 제조 방법이다.

또한, 상기한 시트형 일체물을 형성한 후, 추가 함침을 행하는 시트형 일체물의 제조 방법이다.

또한, 본 발명의 도포 장치는, 강화 섬유가 일방향으로 배열된 시트형 강화 섬유 다발에 도포액을 부여하는 도포 장치로서, 시트형 강화 섬유 다발을 실질적으로 수직 방향 하향으로 주행시키는 주행 기구와, 도포 기구를 가지고, 상기 도포 기구는 그 내부에 도포액을 저류 가능하며, 또한 서로 연통된 액고임부와 협착부를 구비하고 있고, 상기 액고임부는, 시트형 강화 섬유 다발의 주행 방향을 따라 단면적이 연속적으로 감소하는 부분을 가지고, 협착부는, 슬릿형의 단면을 가지고, 또한 액고임부 상면보다 작은 단면적을 가지는, 도포 장치이다.

또한, 강화 섬유를 배열하고 시트형 강화 섬유 다발을 형성하는 기구와 시트형 강화 섬유 다발을 가열하는 기구와 전술한 도포 장치와 이형 시트의 공급 장치와 닙(nip) 롤 및/또는 S자 롤과 와인더를 구비한 시트형 일체물의 제조 장치이다.

또한, 전술한 제조 방법 및/또는 상기한 제조 장치에 의해 제조된 프리프레그이다.

또한, 상기한 프리프레그를 슬릿(slit)하여 이루어지는 프리프레그 테이프이다.

또한, 전술한 프리프레그 및/또는 상기한 프리프레그 테이프를 성형하여 이루어지는 섬유 강화 복합 재료이다.

본 발명의 도포액 함침 시트형 강화 섬유 다발의 제조 방법에 의하면, 보풀에 의한 막힘을 대폭 억제, 방지할 수 있다. 또한, 시트형 강화 섬유 다발을 연속적으로 또한 고속으로 주행시키는 것이 가능하게 되어, 도포액을 부여한 시트형 강화 섬유 다발의 생산성이 향상된다.

또한, 도포액이 균일하게 함침한 시트형 강화 섬유 다발을 얻는 것이 가능하게 된다.

도 1은 본 발명의 일실시형태에 따른 도포액 함침 시트형 강화 섬유 다발의 제조 방법 및 도포 장치를 나타낸 개략 횡단면도이다.
도 2는 도 1에서의 도포부(20)의 부분을 확대한 상세 횡단면도이다.
도 3은 도 2에서의 도포부(20)를, 도 2의 A의 방향으로부터 본 하면도이다.
도 4a는 도 2에서의 도포부(20)를, 도 2의 B의 방향으로부터 본 경우의 도포부 내부의 구조를 설명하는 단면도이다.
도 4b는 도 4a에서의 간극(26)에서의 도포액(2)의 흐름을 나타내는 단면도이다.
도 5는 폭 규제 기구의 설치예를 나타낸 도면이다.
도 6은 도 2과는 다른 실시형태의 도포부(20b)의 상세 횡단면도이다.
도 7은 도 6과는 다른 실시형태의 도포부(20c)의 상세 횡단면도이다.
도 8은 도 6과는 다른 실시형태의 도포부(20d)의 상세 횡단면도이다.
도 9는 도 6과는 다른 실시형태의 도포부(20e)의 상세 횡단면도이다.
도 10은 본 발명과는 상이한 실시형태의 도포부(30)의 상세 횡단면도이다.
도 11은 본 발명의 실시형태의 일례인 액저류부 내에 바를 구비한 태양을 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명을 사용한 프리프레그 제조 공정·장치의 예를 나타내는 개략도이다.
도 13은 본 발명을 사용한 다른 프리프레그 제조 공정·장치의 예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 14는 본 발명을 사용한 다른 프리프레그 제조 공정·장치의 예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 15는 본 발명을 사용한 다른 프리프레그 제조 공정·장치의 예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 16은 본 발명의 일실시형태에 따른 복수의 도포액 함침 시트형 강화 섬유 다발을 적층하는 태양의 예를 나타내는 도면이다.
도 17은 본 발명의 일실시형태에 따른 복수의 도포부를 구비하는 태양의 예를 나타내는 도면이다.
도 18은 본 발명의 일실시형태에 따른 복수의 도포부를 구비하는 다른 태양의 예를 나타내는 도면이다.
도 19는 본 발명을 사용한 다른 프리프레그 제조 공정·장치의 예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 20은 본 발명을 사용한 다른 프리프레그 제조 공정·장치의 예를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 21은 본 발명을 사용한 다른 프리프레그 제조 공정·장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.

본 발명의 바람직한 실시형태에 대하여, 도면에 기초하여 설명한다. 그리고, 이하의 설명은 발명의 실시형태를 예시하는 것이며, 본 발명은 이것으로 한정하여 해석되는 것은 아니며, 본 발명의 목적·효과를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변경이 가능하다.

<도포액 함침 시트형 강화 섬유 다발의 제조 방법 및 도포 장치의 개략적인 설명>

먼저, 도 1에 의해 본 발명의 도포액 함침 시트형 강화 섬유 다발의 제조 방법을 개략적으로 기술한다. 도 1은 본 발명의 일실시형태에 따른 도포액 함침 시트형 강화 섬유 다발의 제조 방법 및 장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 도포 장치(100)에는, 시트형 강화 섬유 다발(1a)을 실질적으로 수직 방향 하향(Z)으로 주행시키는 주행 기구인 반송 롤(13, 14)과, 반송 롤(13, 14) 사이에 설치되고, 도포 기구인 도포액(2)이 모여 있는 도포부(20)가 구비되고 있다. 또한, 도포 장치(100)의 전후에는, 강화 섬유(1)를 풀어내는 복수의 크릴(11)과, 풀어내어진 강화 섬유(1)를 일방향으로 배열한 시트형 강화 섬유 다발(1a)(도 1에서는 지면(紙面)의 안쪽 방향으로 배열)을 얻는 배열 장치(12)와 도포액 함침 시트형 강화 섬유 다발(1b)의 권취 장치(15)를 구비할 수 있고, 또한, 도시하지 않지만 도포 장치(100)에는 도포액의 공급 장치가 구비되어 있다. 또한, 필요에 따라, 이형 시트(3)를 공급하는 이형 시트 공급 장치(16)를 구비할 수도 있다.

<시트형 강화 섬유 다발>

여기서, 강화 섬유(1)로서는, 탄소 섬유, 유리 섬유, 금속 섬유, 금속 산화물섬유, 금속 질화물 섬유, 유기 섬유(아라미드 섬유, 폴리벤즈옥사졸 섬유, 폴리비닐알코올 섬유, 폴리에틸렌 섬유 등) 등을 예시할 수 있지만, 탄소 섬유를 사용하는 것이, FRP의 역학적 특성, 경량성의 관점에서 바람직하다.

또한, 일방향으로 배열한 시트형 강화 섬유 다발이란, 복수 개의 강화 섬유를 일방향으로 면 상에서 배열시킨 것을 일컬으며, 반드시 상기 복수의 강화 섬유는 서로 얽히는 등에 의해 일체로 되어 있을 필요는 없다. 즉, 본 발명의 제조 방법에 의하면, 도포액의 도포 후에는 도포액이 함침된 시트형물로서 얻어지므로, 강화 섬유가 배열된 상태로서 편의 상 시트형 강화 섬유 다발로 칭하고 있다. 강화 섬유가 일방향으로 배열된 수지 함침 시트형물은 복합 재료 업계에서 「일방향재」나 「UD재」로 불리우는 FRP의 기재가 되는 것이다. 여기서, 시트형 강화 섬유 다발은 두께, 폭에는 특별히 제한은 없고, 목적, 용도에 따라 적절하게 선택할 수 있다. 탄소 섬유의 경우에는, 통상, 1,000개∼1,000,000개 정도의 단섬유가 테이프형으로 집합된 것을 「토우(tow)」로 불리우고 있으며, 이 토우를 배열시켜 시트형 강화 섬유 다발을 얻을 수 있지만, 토우가 두께 방향으로 적층되어 있어도 된다. 그리고, 시트형 강화 섬유 다발은, 그 폭/두께로 정의되는 어스펙트비는 10 이상이면, 취급이 용이하여 바람직하다. 그리고, 본 발명에서는, 테이프형의 「토우」 1개도 시트형 강화 섬유 다발의 일형태로 해석된다.

또한, 시트형 강화 섬유 다발을 형성하는 방법은 공지의 방법을 사용할 수 있고, 특별히 제한은 없지만, 단섬유를 미리 배열시킨 강화 섬유 다발을 형성하고, 이 강화 섬유 다발을 더욱 배열시켜 시트형 강화 섬유 다발을 형성시키는 것이, 공정 효율화, 배열 균일화의 관점에서 바람직하다. 예를 들면, 탄소 섬유에서는, 상기한 바와 같이 테이프형의 강화 섬유 다발인 「토우」가 보빈에 권취되어 있지만, 여기로부터 인출된 테이프형의 강화 섬유 다발을 배열시켜 시트형 강화 섬유 다발을 얻을 수 있다. 또한, 크릴에 걸린 보빈으로부터 인출된 강화 섬유 다발을 가지런하게 배열하고, 시트형 강화 섬유 다발 중에서 강화 섬유 다발의 바람직하지 않은 중첩이나 절곡, 강화 섬유 다발 사이의 간극을 없애기 위한 강화 섬유 배열 기구를 가지는 것이 바람직하다. 강화 섬유 배열 기구로서는 공지의 롤러나 빗형 배열 장치 등을 사용할 수 있다. 또한, 미리 배열한 시트형 강화 섬유 다발을 복수 장 중첩하는 것도 강화 섬유 사이의 간극을 감소시키는 관점에서 유용하다. 그리고, 크릴에는 강화 섬유를 인출할 때 장력 제어 기구가 부여되어 있는 것이 바람직하다. 장력 제어 기구로서는, 공지의 것을 사용 가능하지만, 브레이크 기구 등을 예로 들 수 있다. 또한, 사도(絲道) 가이드의 조정 등에 의해서도 장력을 제어할 수 있다.

<시트형 강화 섬유 다발의 평활화>

본 발명에 있어서는, 시트형 강화 섬유 다발의 표면 평활성을 높게 함으로써, 도포부에서의 도포량의 균일성을 향상시킬 수 있다. 이 때문에, 시트형 강화 섬유 다발을 평활화 처리한 후, 액고임부로 인도하는 것이 바람직하다. 평활화 처리법은 특별히 제한은 없지만, 대향 롤 등으로 물리적으로 누르는 방법이나 공기류를 사용하여 강화 섬유를 움직이는 방법 등을 예시할 수 있다. 물리적으로 누르는 방법은 간편하면서, 강화 섬유의 배열을 흩뜨리기 어려우므로 바람직하다. 보다 구체적으로는 캘린더 가공 등을 사용할 수 있다. 공기류를 사용하는 방법은 찰과가 쉽게 일어나지 않을 뿐 아니라, 시트형 강화 섬유 다발을 폭을 넓히는 효과도 있어 바람직하다.

<시트형 강화 섬유 다발의 확폭>

또한, 본 발명에 있어서, 시트형 강화 섬유 다발을 확폭 처리한 후, 액고임부로 인도하는 것도, 얇은 프리프레그를 효율적으로 제조할 수 있는 관점에서 바람직하다. 확폭 처리 방법은 특별히 제한은 없지만, 기계적으로 진동을 부여하는 방법, 공기류에 의해 강화 섬유 다발을 넓히는 방법 등을 예시할 수 있다. 기계적으로 진동을 부여하는 방법으로서는, 예를 들면, 일본공개특허 제2015-22799호 공보 기재된 바와 같이, 진동하는 롤에 시트형 강화 섬유 다발을 접촉시키는 방법이 있다. 진동 방향으로서는, 시트형 강화 섬유 다발의 진행 방향을 X축이라 하면, Y축 방향(수평 방향), Z축 방향(수직 방향)의 진동을 부여하는 것이 바람직하고, 수평방향 진동 롤과 수직 방향 진동 롤을 조합하여 사용하는 것도 바람직하다. 또한 진동 롤 표면은 복수의 돌기를 설치해 두면, 롤에서의 강화 섬유의 찰과를 억제할 수 있어, 바람직하다. 공기류를 사용하는 방법으로서는, 예를 들면, SEN-I GAKKAISHI, vol.64, P-262-267(2008).에 기재된 방법을 사용할 수 있다.

<시트형 강화 섬유 다발의 예열>

또한, 본 발명에 있어서, 시트형 강화 섬유 다발을 가열한 후, 액고임부로 인도하면, 도포액의 온도 저하를 억제하고, 도포액의 점도 균일성을 향상시킬 수 있으므로 바람직하다. 시트형 강화 섬유 다발은 도포액 온도 근방까지 가열되는 것이 바람직하며, 이를 위한 가열 수단으로서는, 공기 가열, 적외선 가열, 원적외선 가열, 레이저 가열, 접촉 가열, 열매(熱媒) 가열(스팀 등) 등 다양한 수단을 사용할 수 있다. 그 중에서도 적외선 가열은 장치가 간편하며, 또한 시트형 강화 섬유 다발 시트를 직접 가열할 수 있으므로, 주행 속도가 빨라도 원하는 온도까지 효율적으로 가열이 가능하므로, 바람직하다.

<도포액>

본 발명에서 사용하는 도포액은, 부여하는 목적에 따라 적절하게 선택할 수 있지만, 예를 들면, 시트형 프리프레그의 제조에 적용하는 경우에는, 매트릭스 수지의 도포액을 사용할 수 있다. 본 발명에 의해 얻어지는 매트릭스 수지가 도포된 도포액 함침 시트형 강화 섬유 다발은, 시트형 강화 섬유 다발에 매트릭스 수지가 함침한 상태로 되고, 그대로 시트형 프리프레그로서 적층, 성형하여 FRP로 이루어지는 부재를 얻을 수 있다. 함침도는, 도포부의 설계나, 도포 이후의 추가 함침에 의해 제어할 수 있다. 매트릭스 수지로서는, 용도에 따라 적절하게 선택 가능하지만, 열가소성 수지나 열경화성 수지를 사용하는 것이 일반적이다. 매트릭스 수지는, 가열하고 용융시킨 용융 수지라도 되고 실온에서 도포액이라도 된다. 또한, 용매를 사용해서 용액이나 바니쉬화한 것이라도 된다.

매트릭스 수지로서는, 열가소성 수지나 열경화성 수지, 광경화성 수지 등 FRP에 일반적으로 사용되는 것을 사용할 수 있다. 또한, 이들은 실온에서 액체라면 그대로 사용해도 되고, 실온에서 고체나 점조(粘稠) 액체라면, 가온하여 저점도화하거나, 혹은 용융하여 융액(融液)으로서 사용해도 되고, 용매에 용해하여 용액이나 바니쉬화하여 사용해도 된다.

열가소성 수지로서는, 주쇄(主鎖)에, 탄소·탄소 결합, 아미드 결합, 이미드 결합, 에스테르 결합, 에테르 결합, 카보네이트 결합, 우레탄 결합, 요소 결합, 티오에테르 결합, 술폰 결합, 이미다졸 결합, 카르보닐 결합으로부터 선택되는 결합을 가지는 폴리머를 사용할 수 있다. 구체적으로는, 폴리아크릴레이트, 폴리올레핀, 폴리아미드(PA), 아라미드, 폴리에스테르, 폴리카보네이트(PC), 폴리페닐렌술피드(PPS), 폴리벤즈이미다졸(PBI), 폴리이미드(PI), 폴리에테르이미드(PEI), 폴리술폰(PSU), 폴리에테르술폰(PES), 폴리에테르케톤(PEK), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리에테르케톤케톤(PEKK), 폴리아릴에테르케톤(PAEK), 폴리아미드이미드(PAI) 등을 예시할 수 있다. 항공기 용도 등의 내열성이 요구되는 분야에서는, PPS, PES, PI, PEI, PSU, PEEK, PEKK, PEAK 등이 바람직하다. 한편, 산업 용도나 자동차 용도 등에서는, 성형 효율을 높이기 위하여, 폴리프로필렌(PP) 등의 폴리올레핀이나 PA, 폴리에스테르, PPS 등이 바람직하다. 이들은 폴리머라도 되고, 저점도, 저온 도포를 위해, 올리고머나 모노머를 사용해도 된다. 물론, 이들은 목적에 따라, 공중합되어 있어도 되고, 각 종류를 혼합하여 폴리머 블렌드·알로이로 하여 사용할 수도 있다.

열경화성 수지로서는, 에폭시 수지, 말레이미드 수지, 폴리이미드 수지, 아세틸렌 말단을 가지는 수지, 비닐 말단을 가지는 수지, 알릴 말단을 가지는 수지, 나딕산 말단을 가지는 수지, 시안산 에스테르 말단을 가지는 수지를 예로 들 수 있다. 이들은, 일반적으로 경화제나 경화 촉매와 조합하여 사용할 수 있다. 또한, 이들 열경화성 수지를 적절하게 혼합하여 사용하는 것도 가능하다.

본 발명의 적합한 열경화성 수지로서, 내열성, 내약품성, 역학적 특성이 우수하므로 에폭시 수지가 바람직하게 사용된다. 특히, 아민류, 페놀류, 탄소·탄소 2중 결합을 가지는 화합물을 전구체로 하는 에폭시 수지가 바람직하다. 구체적으로는, 아민류를 전구체로 하는 에폭시 수지로서, 테트라글리시딜디아미노디페닐메탄, 트리글리시딜-p-아미노페놀, 트리글리시딜-m-아미노페놀, 트리글리시딜아미노크레졸의 각종 이성체, 페놀류를 전구체로 하는 에폭시 수지로서, 비스페놀 A형 에폭시 수지, 비스페놀 F형 에폭시 수지, 비스페놀 S형 에폭시 수지, 페놀노볼락형 에폭시 수지, 크레졸노볼락형 에폭시 수지, 탄소·탄소 2중 결합을 가지는 화합물을 전구체로 하는 에폭시 수지로서는 지환식(脂環式) 에폭시 수지 등을 예로 들 수 있지만, 이것으로 한정되지 않는다. 또한 이들 에폭시 수지를 브로모화한 브로모화 에폭시 수지도 사용된다. 테트라글리시딜디아미노디페닐메탄으로 대표되는 방향족 아민을 전구체로 하는 에폭시 수지는 내열성이 양호하며 강화 섬유와의 접착성이 양호하므로 본 발명에 가장 적합하다.

열경화성 수지는 경화제와 조합하여, 바람직하게 사용된다. 예를 들면, 에폭시 수지의 경우에는, 경화제는 에폭시기와 반응할 수 있는 활성기를 가지는 화합물이라면 이를 사용할 수 있다. 바람직하게는, 아미노기, 산무수물기, 아지드기를 가지는 화합물이 적합하다. 구체적으로는, 디시안디아미드, 디아미노디페닐술폰의 각종 이성체, 아미노벤조산 에스테르류가 적합하다. 구체적으로 설명하면, 디시안디아미드는 프리프레그의 보존성이 우수하므로, 바람직하게 사용된다. 또한 디아미노디페닐술폰의 각종 이성체는, 내열성이 양호한 경화물을 제공하므로 본 발명에는 가장 적합하다. 아미노벤조산 에스테르류로서는, 트리메틸렌글리콜디-p-아미노벤조에이트나 네오펜틸글리콜디-p-아미노벤조에이트가 바람직하게 사용되며, 디아미노디페닐술폰에 비해, 내열성이 뒤떨어지지만, 인장 강도가 우수하므로, 용도에 따라 선택하여 사용된다. 또한, 물론 필요에 따라 경화 촉매를 사용하는 것도 가능하다. 또한, 도포액의 가용 시간(pot life)을 향상시키는 의미에서, 경화제나 경화 촉매와 착체 형성 가능한 착화제를 병용하는 것도 가능하다.

또한 본 발명에서는, 열경화성 수지에 열가소성 수지를 혼합하여 사용하는 것도 바람직하다. 열경화성 수지와 열가소성 수지의 혼합물은, 열경화성 수지를 단독으로 사용한 경우보다 양호한 결과를 제공한다. 이는, 열경화성 수지가, 일반적으로 취약한 결점을 가지면서 오토클레이브(autoclave)에 의한 저압 성형이 가능한 것에 비해, 열가소성 수지가, 일반적으로 강인한 이점을 가지면서 오토클레이브에 의한 저압 성형이 곤란한 이율배반적인 특성을 나타내므로, 이들을 혼합하여 사용함으로써 물성과 성형성의 밸런스를 유지하는 것이 가능하기 때문이다. 혼합하여 사용하는 경우에는, 프리프레그를 경화시켜 이루어지는 FRP의 역학적 특성의 관점에서 열경화성 수지를 50질량%보다 많이 포함하는 것이 바람직하다.

<폴리머 입자>

또한, 본 발명에서는, 폴리머 입자를 포함한 도포액을 사용하면, 얻어지는 CFRP의 인성(靭性)이나 내충격성을 향상시킬 수 있어, 바람직하다. 이 때, 폴리머 입자의 유리 전이 온도(Tg) 또는 융점(Tm)은 도포액 온도보다 20℃ 이상 높게 하면, 도포액 중에서 폴리머 입자의 형태를 유지하기 용이하여, 바람직하다. 폴리머 입자의 Tg는 온도변조 DSC를 사용하여, 이하의 조건에서 측정할 수 있다. 온도변조 DSC 장치로서는, TA Instrments사에서 제조한 Q1000 등이 바람직하며, 질소 분위기 하, 고순도 인듐으로 교정해서 사용할 수 있다. 측정 조건은, 승온 속도는 2℃/분, 온도변조 조건은 주기 60초, 진폭 1℃로 할 수 있다. 이에 의해 얻어진 전체 열류로부터 가역(可逆) 성분을 분리하고, 계단형 시그널의 중점(中点) 온도를 Tg로 할 수 있다.

또한, Tm은 통상의 DSC로 승온 속도 10℃/분으로 측정하여, 융해에 상당하는 피크형 시그널의 피크 탑 온도를 Tm으로 할 수 있다.

또한, 폴리머 입자로서는, 도포액에 녹지 않는 것이 바람직하고, 이와 같은 폴리머 입자로서는, 예를 들면, WO2009/142231 팜플렛 기재 등을 참조하여, 적절한 것을 사용할 수 있다. 보다, 구체적으로는, 폴리아미드나 폴리이미드를 바람직하게 사용할 수 있고, 우수한 인성 때문에 내충격성을 크게 향상시킬 수 있는, 폴리아미드는 가장 바람직하다. 폴리아미드로서는 나일론 12, 나일론 11, 나일론 6, 나일론 66이나 나일론 6/12 공중합체, 일본공개특허 평01-104624호 공보의 실시예 1에 기재된 에폭시 화합물에서 세미 IPN(고분자 상호 침입 그물눈 구조)화된 나일론(세미 IPN 나일론) 등을 바람직하게 사용할 수 있다. 이 열가소성 수지 입자의 형상으로서는, 구형(球形) 입자라도 되고 비구형 입자라도 되며, 또한 다공질 입자라도 되지만, 구형이 수지의 유동(流動) 특성을 저하시키지 않으므로, 본 발명의 제조법에서는 특히 바람직하다. 또한, 구형이라면 응력 집중의 기점이 없고, 높은 내충격성을 제공하는 점에서도 바람직한 태양이다.

폴리아미드 입자의 시판품으로서는, SP-500, SP-10, TR-1, TR-2, 842P-48, 842P-80(이상, 도레이(주) 제조), "올가솔(등록상표)" 1002D, 2001UD, 2001EXD, 2002D, 3202D, 3501D, 3502D(이상, 알케마(주) 제조), "그릴아미드(등록상표)" TR90(엠자베르케(주) 사 제조), "TROGAMID(등록상표)" CX7323, CX9701, CX9704, (데구사(주)사 제조) 등을 사용할 수 있다. 이들 폴리아미드 입자는, 단독으로 사용할 수도 있고 복수를 병용할 수도 있다.

또한, CFRP의 층간 수지층을 고인성화하기 위해서는, 폴리머 입자를 층간 수지층에 남겨 두는 것이 바람직하다. 이 때문에, 폴리머 입자의 수평균 입자 직경은 5∼50 ㎛의 범위인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 7∼40 ㎛의 범위, 더욱 바람직하게는 10∼30 ㎛의 범위이다. 수평균 입자 직경을 5㎛ 이상으로 함으로써, 입자가 강화 섬유의 다발 중에 침입하지 않고, 얻어지는 섬유 강화 복합 재료의 층간 수지층에 남아 있을 수 있다. 수평균 입자 직경을 50㎛ 이하로 함으로써, 프리프레그 표면의 매트릭스 수지층의 두께를 적정화하고, 나아가서는 얻어지는 CFRP에 있어서, 섬유 질량 함유율을 적정화할 수 있다.

<도포액 점도>

본 발명에서 사용하는 도포액으로서는, 공정 통과성·안정성의 관점에서 최적인 점도를 선택하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 점도를 1∼60 Pa·s의 범위로 하면, 협착부 출구에서의 액처짐을 억제하고 또한 시트형 강화 섬유 다발의 고속 주행성, 안정 주행성을 향상시킬 수 있어, 바람직하다. 여기서, 점도는 변형 속도 3.14s^-1로 액고임부에서의 도포액 온도에서 측정한 것을 일컫는다. 측정 장치로서는 평행 원반형이나 콘 형 등의 점탄성 측정 장치를 사용할 수 있다. 도포액의 점도는 보다 바람직하게는 10∼30 Pa·s이다.

<도포 공정>

도 1을 참조하여 설명하면, 도포 장치(100)에서의 도포액(2)을 시트형 강화 섬유 다발(1a)에 부여하는 방법은, 크릴(11)로부터 풀어내어진 복수 개의 강화 섬유(1)를, 배열 장치(12)에 의해 일방향(지면 안길이 방향)으로 배열하여 시트형 강화 섬유 다발(1a)을 얻은 후, 시트형 강화 섬유 다발(1a)을 도포부(20)에 실질적으로 수직 방향 하향(Z)으로 통과시켜, 시트형 강화 섬유 다발(1a)의 양면에 도포액(2)을 부여하는 것이다. 이로써, 도포액 함침 시트형 강화 섬유 다발(1b)을 얻을 수 있다.

또한, 필요에 따라, 도포액 함침 시트형 강화 섬유 다발(1b) 중 적어도 한쪽 면에 이형 시트(3)를 부여하고, 권취 장치(15)로 도포액 함침 시트형 강화 섬유 다발(1b)과 이형 시트(3)를 동시에 권취해도 된다. 특히, 도포액 함침 시트형 강화 섬유 다발(1b)에 부여된 도포액(2)이 반송 롤(14)에 도달하더라도, 도포액(2)의 일부 또는 모두가 도포액 함침 시트형 강화 섬유 다발(1b) 표면에 존재하고, 또한 유동성이나 점착성이 높은 경우에는, 이형 시트(3)에 의해, 도포액 함침 시트형 강화 섬유 다발(1b) 표면의 도포액(2)의 일부가 반송 롤(14)에 전사되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 도포액 함침 시트형 강화 섬유 다발(1b)끼리의 접착도 방지할 수 있고, 후공정에서의 취급이 용이하게 된다. 이형 시트로서는, 전술한 효과를 얻을 수 있는 것이면 특별히 제한은 없지만, 예를 들면, 이형지 외에, 유기 폴리머 필름 표면에 이형제를 도포한 것 등이 있다.

다음으로 도 2∼4에 의해, 시트형 강화 섬유 다발(1a)로의 도포액(2)의 부여 공정에 대하여 상술(詳述)한다. 도 2는, 도 1에서의 도포부(20)를 확대한 상세 횡단면도이다. 도포부(20)는, 소정의 간극(D)을 두고 대향하는 벽면 부재(21a, 21b)를 구비하고, 벽면 부재(21a, 21b)의 사이에는, 수직 방향 하향(Z)(즉 시트형 강화 섬유 다발의 주행 방향)으로 단면적이 연속적으로 감소하는 액고임부(22)와, 액고임부(22)의 하방(시트형 강화 섬유 다발(1a)의 반출 측)에 위치하고, 액고임부(22)의 상면(시트형 강화 섬유 다발(1a)의 도입 측)의 단면적보다 작은 단면적을 가지는 슬릿형의 협착부(23)가 형성되어 있다. 도 2에 있어서, 시트형 강화 섬유 다발(1a)은, 지면의 안쪽 방향으로 배열되어 있다.

도포부(20)에 있어서, 액고임부(22)에 도입된 시트형 강화 섬유 다발(1a)은, 그 주위의 도포액(2)을 수반하면서, 수직 방향 하향(Z)으로 주행한다. 이 때, 액고임부(22)의 단면적은 수직 방향 하향(Z)(시트형 강화 섬유 다발(1a)의 주행 방향)을 향하여 감소하므로, 수반하는 도포액(2)은 서서히 압축되어, 액고임부(22)의 하부를 향함에 따라 도포액(2)의 압력이 증대한다. 액고임부(22)의 하부 압력이 높아지면, 상기 수반 액류(液流)가 그 이상은 하부로 유동하기 어려워져, 벽면 부재(21a, 21b) 방향으로 흐르고, 그 후, 벽면 부재(21a, 21b)에 의해 저지되어, 상방으로 흐르게 된다. 결과적으로, 액고임부(22) 내에서는 시트형 강화 섬유 다발(1a)의 평면과, 벽면 부재(21a, 21b) 벽면을 따른 순환류(T)를 형성한다. 이로써, 만일 시트형 강화 섬유(1a)가 보풀을 액고임부(22)에 받아들이더라도 보풀은 순환류(T)를 따라 운동하여, 액압(液壓)이 큰 액고임부(22) 하부나 협착부(23)에 근접할 수 없다. 또한 이하에서 기술하는 바와 같이, 기포가 보풀에 부착되는 것에 의해 보풀이 순환류(T)로부터 상방으로 이동하고, 액고임부(22)의 상부 액면 부근을 통과한다. 이 때문에, 보풀이 액고임부(22)의 하부 및 협착부(23)에 쌓이는 것이 방지될 뿐만 아니라, 체류하는 보풀은 액고임부(22)의 상부 액면으로부터 용이하게 회수하는 것도 가능하게 된다. 또한, 시트형 강화 섬유 다발(1a)을 고속으로 주행시킨 경우, 상기한 액압은 더욱 증대하므로, 보풀의 배제 효과가 더욱 높아진다. 그 결과, 시트형 강화 섬유 다발(1a)에 의해 고속으로 도포액(2)을 부여하는 것이 가능하게 되어 생산성이 크게 향상된다.

또한, 전술한 바와 같이 증대한 액압에 의해, 도포액(2)이 시트형 강화 섬유 다발(1a)의 내부에 함침하기 쉬워지는 효과가 있다. 이는, 강화 섬유 다발과 같은 다공질체에 도포액이 함침될 때, 그 함침도가 도포액의 압력으로 증대하는 성질(다르시의 법칙)에 근거한다. 이에 대해서도, 시트형 강화 섬유 다발(1a)을 보다 고속으로 주행시킨 경우, 액압이 보다 증대하므로, 함침 효과를 보다 높일 수 있다. 그리고, 도포액(2)은 시트형 강화 섬유 다발(1a)의 내부에 잔류하는 기포와 기/액 치환으로 함침되지만, 기포는 상기한 액압과 부력에 의해 시트형 강화 섬유 다발(1a)의 내부의 간극을 통과하여, 섬유의 배향 방향(수직 방향 상향)으로 배출된다. 이 때, 기포는 함침되어 오는 도포액(2)을 밀어내지 않고 배출되므로, 함침을 저해하지 않는 효과도 있다. 또한, 기포의 일부는 시트형 강화 섬유 다발(1a)의 표면으로부터 면 외측 방향(법선 방향)으로 배출되지만, 이 기포도 상기한 액압과 부력에 의해 신속하게 수직 방향 상향으로 적합하게 배제되므로, 함침 효과가 높은 액고임부(22)의 하부에 머무르지 않고, 기포의 배출이 효율적으로 진행되는 효과도 있다. 이 효과에 의해, 시트형 강화 섬유 다발(1a)에 도포액(2)을 효율적으로 함침시키는 것이 가능하게 되고, 그 결과, 도포액(2)이 균일하게 함침된 고품질의 도포액 함침 시트형 강화 섬유 다발(1b)을 얻는 것이 가능하게 된다.

또한, 전술한 바와 같이 증대한 액압에 의해, 시트형 강화 섬유 다발(1a)이 간극(D)의 중앙에 자동적으로 조심(調心)되어, 시트형 강화 섬유 다발(1a)이 액고임부(22)나 협착부(23)의 벽면에 직접 찰과하지 않고, 여기서의 보풀 발생을 억제하는 효과도 있다. 이는, 외란(外亂) 등에 의해 시트형 강화 섬유 다발(1a)이 간극(D)의 어느 한쪽으로 접근한 경우, 접근한 측에서는 보다 좁은 간극에 도포액(2)이 밀어넣어져 압축되므로, 접근한 측에서 액압이 보다 증대하여, 시트형 강화 섬유 다발(1a)을 간극(D)의 중앙으로 되밀기 때문이다.

협착부(23)는, 액고임부(22)의 상면보다 단면적이 작게 설계된다. 도 2나 도 4로부터 이해되는 바와 같이 시트형 오로지 강화 섬유 다발에 의한 유사 평면의 수선(垂線) 방향의 길이가 작은, 즉 부재 사이의 간격이 좁은 것에 의해 단면적은 작아진다. 이는, 전술한 바와 같이 협착부에서 액압을 높게 함으로써, 함침이나 자동 조심 효과를 얻기 위해서이다. 또한, 협착부(23)의 최상부의 면의 단면 형상은, 액고임부(22)의 최하부의 면의 단면 형상과 일치시키는 것이, 시트형 강화 섬유 다발(1a)의 주행성이나 도포액(2)의 흐름 제어의 관점에서 바람직하지만, 필요에 따라 협착부(23) 쪽을 약간 크게 해도 된다.

여기서, 도 2의 도포부(20)에서는, 시트형 강화 섬유 다발(1a)이 완전히 수직 방향 하향(Z)(수평면으로부터 90도)으로 주행하고 있지만, 이것으로 한정되지 않고, 상기한 보풀 회수, 기포의 배출 효과가 얻어지고, 시트형 강화 섬유 다발(1a)이 안정되어 연속 주행 가능한 범위에서, 실질적으로 수직 방향 하향이면 된다.

또한, 시트형 강화 섬유 다발(1a)에 부여되는 도포액(2)의 총량은, 협착부(23)의 간극(D)으로 제어 가능하며, 예를 들면, 시트형 강화 섬유 다발(1a)에 부여하는 도포액(2)의 총량을 많게 하고자 하는(단위면적당중량을 크게 하고자 하는) 경우에는, 간극(D)이 넓어지도록, 벽면 부재(21a, 21b)를 설치하면 된다.

도 3은, 도포부(20)를, 도 2의 A의 방향으로부터 본 하면도이다. 도포부(20)에는, 시트형 강화 섬유 다발(1a)의 배열 방향 양단으로부터 도포액(2)이 누출되는 것을 방지하기 위한 측벽 부재(24a, 24b)가 형성되어 있고, 벽면 부재(21a, 21b)와 측벽 부재(24a, 24b)에 에워싸인 공간에 협착부(23)의 출구(25)가 형성되어 있다. 여기서, 출구(25)는 슬릿형으로 되어 있고, 단면 어스펙트비(도 3의 Y/D)는 도포액(2)을 부여하고자 하는 시트형 강화 섬유 다발(1a)의 형상에 맞추어 설정하면 된다.

도 4a는 도포부(20)를, B의 방향으로부터 본 경우의 도포부 내부의 구조를 설명하는 단면도이다. 그리고, 도를 보기 쉽게 하기 위해서 벽면 부재(21b)는 생략하고 있는 것 이외에, 시트형 강화 섬유 다발(1a)은 강화 섬유(1)를, 간극을 두고 배열하고 있는 것처럼 묘화하고 있지만, 실제로는 강화 섬유(1)를 간극이 없이 배열하는 것이, 시트형 프리프레그의 품위, FRP의 역학적 특성의 관점에서 바람직하다.

도 4b는 간극(26)에서의 도포액(2)의 흐름을 나타내고 있다. 간극(26)이 크면 도포액(2)에는, R의 방향으로 소용돌이 흐름이 발생한다. 이 소용돌이 흐름(R)은, 액고임부(22)의 하부에서는 외측을 향하는 흐름(Ra)이 되므로, 시트형 강화 섬유 다발을 찢는(시트형 섬유 다발의 갈라짐이 발생함) 경우나 강화 섬유 사이의 간격을 넓히게 되고, 이 때문에 도포액 함침 시트형 강화 섬유 다발로 했을 때 강화 섬유의 배열 불균일을 발생시킬 가능성이 있다. 한편, 액고임부(22)의 상부에서는, 내측을 향하는 흐름(Rb)이 되므로, 시트형 강화 섬유 다발(1a)이 폭 방향으로 압축되어, 그 단부(端部)가 절곡되는 경우가 있다. 특허문헌 2(일본 특허 제3252278호 공보)로 대표되는, 일체물의 시트형 기재(특히 필름)에 도포액을 양면 도포하는 장치에 의해서는 이와 같은 간극(26)에서의 소용돌이 흐름이 발생해도 품질에 대한 영향이 적으므로, 주의하지 않고 있었다.

이에, 본 발명에 있어서는, 간극(26)을 작게 하는 폭 규제를 행하여, 단부에서의 소용돌이 흐름의 발생을 억제하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 액고임부(22)의 폭(L), 즉 측판 부재(24a)와 측판 부재(24b)의 간격(L)은, 협착부(23)의 바로 아래에서 측정한 시트형 강화 섬유 다발의 폭(W)과 이하의 관계를 만족시키도록 구성하는 것이 바람직하다.

L≤W+10 (mm)

이로써, 단부에서의 소용돌이 흐름 발생이 억제되어, 시트형 강화 섬유 다발(1a)의 갈라짐이나 단부 절곡을 억제할 수 있고, 도포액 함침 시트형 강화 섬유 다발(1b)의 전체 폭(W)에 걸쳐 강화 섬유(1)가 균일하게 배열된, 고품위이며 안정성이 높은 도포액 함침 시트형 강화 섬유 다발(1b)을 얻을 수 있다. 또한, 이 기술을 프리프레그에 적용한 경우에는, 프리프레그의 품위, 품질을 향상시킬 뿐만 아니라, 이것을 사용하여 얻어지는 FRP의 역학적 특성이나 품질을 향상시킬 수 있다. L과 W의 관계는 보다 바람직하게는, L≤W+2 (mm)로 하면, 시트형 강화 섬유 다발의 갈라짐이나 단부 절곡을 더욱 억제할 수 있다.

또한, L의 하한은, W-5 (mm) 이상이 되도록 조정하는 것이, 도포액 함침 시트형 강화 섬유 다발(1b)의 폭 방향 치수의 균일성을 향상시키는 관점에서 바람직하다.

그리고, 이 폭 규제는, 액고임부(22) 하부의 높은 액압에 의한 소용돌이 흐름(R) 발생을 억제하는 관점에서, 적어도 액고임부(22)의 하부(도 4a의 G의 위치)에서 행하는 것이 바람직하다. 또한, 이 폭 규제는 더욱 바람직하게는, 액고임부(22)의 전역에서 행하면, 소용돌이 흐름(R)의 발생을 거의 완전히 억제할 수 있고, 그 결과, 시트형 강화 섬유 다발의 갈라짐이나 단부 절곡을 거의 완전히 억제하는 것이 가능하게 된다.

또한, 상기 폭 규제는, 상기 간극(26)의 소용돌이 흐름 억제의 관점에서는, 액고임부(22)만이라도 되지만, 협착부(23)도 동일하게 행하면 도포액 함침 시트형 강화 섬유 다발(1b)의 측면에 과잉의 도포액(2)이 부여되는 것을 억제하는 관점에서 바람직하다.

<폭 규제 기구>

상기에서는 폭 규제를 측벽 부재(24a, 24b)가 담당하는 경우를 나타냈으나, 도 5에 나타낸 바와 같이, 측벽 부재(24a, 24b) 사이에 폭 규제 기구(27a, 27b)를 설치하고, 이러한 기구로 폭 규제를 행할 수도 있다. 이로써, 폭 규제 기구에 의해 규제되는 폭을 자재(自在)로 변경 가능하게 함으로써 하나의 도포부에 의해, 다양한 폭의 도포액 함침 시트형 강화 섬유 다발을 제조할 수 있는 관점에서 바람직하다. 여기서, 협착부의 바로 아래에서의 시트형 강화 섬유 다발의 폭(W)과 상기 폭 규제 기구 하단에 있어서 폭 규제 기구에 의해 규제되는 폭(L2)의 관계는 L2≤W+10 (mm)로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는, L2≤W+2 (mm)이다. 또한, L2의 하한은, W-5 (mm) 이상이 되도록 조정하는 것이, 도포액 함침 시트형 강화 섬유 다발(1b)의 폭 방향 치수의 균일성을 향상시키는 관점에서 바람직하다. 폭 규제 기구의 형상 및 재질에 특별히 제한은 없지만, 판형상의 부시(bush)가 간편하여, 바람직하다. 또한, 상부, 즉 액면에 가까운 장소에서는 벽면 부재(21a, 21b)와의 간격보다 작은 폭(도 5 참조. 「Z 방향으로부터 본 도면」 중, 폭 규제 기구의 상하 방향의 길이를 나타냄)을 가짐으로써, 도포액의 수평 방향의 흐름을 방해하지 않도록 할 수 있어, 바람직하다. 한편, 폭 규제 기구의 중간부로부터 하부에 걸쳐서는 도포부의 내부 형상을 따른 형상으로 하는 것이 액고임부에서의 도포액의 체류를 억제할 수 있고, 도포액의 열화를 억제할 수 있으므로, 바람직하다. 이러한 의미에서, 폭 규제 기구는 협착부(23)까지 삽입되는 것이 바람직하다. 도 5는, 폭 규제 기구로서 판형상 부시의 예를 나타내고 있지만, 부시의 중간보다 하부가 액고임부(22)의 테이퍼 형상을 따라, 협착부(23)까지 삽입되는 예를 나타내고 있다. 도 5에는 L2가 액면으로부터 출구까지 일정한 예를 나타내고 있지만, 폭 규제 기구의 목적을 달성하는 범위에서 부위에 의해 규제하는 폭을 변경해도 된다. 폭 규제 기구는 임의의 방법으로 도포부(20)에 고정시킬 수 있지만, 판형상 부시의 경우에는, 상하 방향으로 복수의 부위에서 고정시킴으로써, 높은 액압에 의한 판형상 부시의 변형에 의한 규제 폭의 변동을 억제할 수 있다. 예를 들면, 상부는 스테이를 사용하고, 하부는 도포부에 끼워넣으면, 폭 규제 기구에 의한 폭의 규제가 용이하므로, 바람직하다.

<액고임부의 형상>

상기에서 상술한 바와 같이, 본 발명에 있어서는, 액고임부(22)에서 시트형 강화 섬유 다발의 주행 방향으로 단면적이 연속적으로 감소함으로써, 시트형 강화 섬유 다발의 주행 방향으로 액압을 증대시키는 것이 중요하지만, 여기서 시트형 강화 섬유 다발의 주행 방향으로 단면적이 연속적으로 감소하는 것은, 주행 방향으로 연속하여 액압을 증대 가능하면, 그 형상에는 특별히 제한은 없다. 액고임부의 횡단면도에 있어서, 테이퍼형(직선형)이거나, 나팔형 등과 같이 곡선적인 형태를 나타내어도 된다. 또한, 단면적 감소부는 액고임부 전장에 걸쳐 연속해도 되고, 본 발명의 목적, 효과가 얻어지는 범위이면, 일부에서 단면적이 감소하지 않는 부분이나 반대로 확대하는 부분을 포함해도 된다. 이들에 대하여, 이하 도 6∼9에서 예로 들어 상술한다.

도 6은, 도 2와는 다른 실시형태의 도포부(20b)의 상세 횡단면도이다. 액고임부(22)를 구성하는 벽면 부재(21c, 21d)의 형상이 다른 점 이외에는, 도 2의 도포부(20)와 동일하다. 도 6의 도포부(20b)와 같이, 액고임부(22)가, 수직 방향 하향(Z)으로 단면적이 연속적으로 감소하는 영역(22a)과, 단면적이 감소하지 않는 영역(22b)으로 나누어져 있어도 된다. 이 때, 단면적이 연속적으로 감소하는 수직 방향 높이(H)는 10mm 이상인 것이 바람직하다. 더욱 바람직한, 단면적이 연속적으로 감소하는 수직 방향 높이(H)는 50mm 이상이다. 이로써, 시트형 강화 섬유 다발(1a)에 의해 수반된 도포액(2)이, 액저류부(22)의 단면적이 연속적으로 감소하는 영역(22a)에서 압축되는 거리가 확보되고, 액고임부(22)의 하부에서 발생하는 액압을 충분히 증대시킬 수 있다. 그 결과, 액압에 의해 보풀이 협착부(23)에 쌓이는 것을 방지하고, 또한 액압에 의해 도포액(2)이 시트형 강화 섬유 다발(1a)에 함침하는 효과를 얻을 수 있다.

여기서, 도 2의 도포부(20)이나 도 6의 도포부(20b)와 같이, 액고임부(22)의 단면적이 연속적으로 감소하는 영역(22a)을 테이퍼형으로 할 경우, 테이퍼의 벌어짐 각도 θ는 작은 것이 바람직하고, 구체적으로는 예각(90°이하)으로 하는 것이 바람직하다. 이로써, 액고임부(22)의 단면적이 연속적으로 감소하는 영역(22a)(테이퍼부)에서 도포액(2)의 압축 효과를 높이고, 높은 액압을 얻기 쉽게 할 수 있다.

도 7은, 도 6과는 다른 실시형태의 도포부(20c)의 상세 횡단면도이다. 액고임부(22)를 구성하는 벽면 부재(21e, 21f)의 형상이 2단 테이퍼형이 되어 있는 점 이외에는, 도 6의 도포부(20b)와 동일하다. 이와 같이, 액고임부(22)의 단면적이 연속적으로 감소하는 영역(22a)을 2단 이상의 다단 테이퍼부에 의해 구성해도 된다. 이 때, 협착부(23)에 가장 가까운 테이퍼부의 벌어짐 각도 θ를 예각으로 하는 것이, 상기한 압축 효과를 높이는 관점에서 바람직하다. 또한 이 경우도, 액고임부(22)의 단면적이 연속적으로 감소하는 영역(22a)의 높이(H)를 10mm 이상으로 하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직한, 단면적이 연속적으로 감소하는 수직 방향 높이(H)는 50mm 이상이다. 도 7과 같이 액고임부(22)의 단면적이 연속적으로 감소하는 영역(22a)을 다단의 테이퍼부로 함으로써, 액고임부(22)에 저류할 수 있는 도포액(2)의 체적을 유지하면서, 협착부(23)에 가장 가까운 테이퍼부의 각도 θ를 보다 작게 할 수 있다. 이로써, 액고임부(22)의 하부에서 발생하는 액압이 더욱 높아지고, 보풀의 배제 효과나 도포액(2)의 함침 효과를 더욱 높이는 것이 가능하게 된다.

도 8은, 도 6과는 다른 실시형태의 도포부(20d)의 상세 횡단면도이다. 액고임부(22)를 구성하는 벽면 부재(21g, 21h)의 형상이 계단형이 되어 있는 점 이외에는, 도 6의 도포부(20b)와 동일하다. 이와 같이, 액고임부(22)의 최하부에 단면적이 연속적으로 감소하는 영역(22a)이 있으면, 본 발명의 목적인 액압의 증대 효과는 얻어지므로, 액고임부(22)의 다른 부분에 단면적이 단속적(斷續的)으로 감소하는 영역(22c)을 포함해도 된다. 액고임부(22)를 도 8과 같은 형상으로 함으로써, 단면적이 연속적으로 감소하는 영역(22a)의 형상을 유지하면서, 액고임부(22)의 안길이(B)를 확대하여 저류할 수 있는 도포액(2)의 체적을 크게 할 수 있다. 그 결과, 도포부(20d)에 도포액(2)을 연속하여 공급할 수 없는 경우라도, 시트형 강화 섬유 다발(1a)에 도포액(2)을 장시간 계속해서 부여하는 것이 가능하게 되어, 도포액 함침 시트형 강화 섬유 다발(1b)의 생산성이 더욱 향상된다.

도 9는, 도 6과는 다른 실시형태의 도포부(20e)의 상세 횡단면도이다. 액고임부(22)를 구성하는 벽면 부재(21i, 21j)의 형상이 나팔형(곡선형)이 되어 있는 점 이외에는, 도 6의 도포부(20b)와 동일하다. 도 6의 도포부(20b)에서는, 액고임부(22)의 단면적이 연속적으로 감소하는 영역(22a)은 테이퍼형(직선형)이지만, 이것으로 한정되지 않고, 예를 들면, 도 9와 같이 나팔형(곡선형)이라도 된다. 다만, 액고임부(22)의 하부와, 협착부(23)의 상부는 매끄럽게 접속하는 것이 바람직하다. 이는, 액고임부(22)의 하부와, 협착부(23)의 상부의 경계에 단차가 있으면, 시트형 강화 섬유 다발(1a)이 단차에 걸려, 이 부분에서 보풀이 발생할 우려가 있기 때문이다. 또한, 이와 같이 액고임부(22)의 단면적이 연속적으로 감소하는 영역을 나팔형으로 하는 경우에는, 액고임부(22)의 단면적이 연속적으로 감소하는 영역(22a)의 최하부에서의 가상 접선의 벌어짐 각도 θ를 예각으로 하는 것이 바람직하다.

리고, 상기는 매끄럽게 단면적이 감소하는 예를 들어 설명하였으나, 본 발명의 목적을 손상시키지 않는 한, 본 발명에 있어서 액저류부의 단면적은 반드시 매끄럽게 감소하지 않아도 된다.

도 10은 본 발명과는 다른 실시형태의 도포부(30)의 상세 횡단면도이다. 본 발명의 실시형태와는 달리, 도 10의 액고임부(32)는 수직 방향 하향(Z)으로 단면적이 연속적으로 감소하는 영역을 포함하지 않고, 협착부(23)와의 경계(33)에서 단면적이 불연속으로 급격하게 감소하는 구성이다. 이 때문에, 시트형 강화 섬유 다발(1a)이 쌓이기 쉽다.

또한, 도포부 내에서 시트형 강화 섬유 다발을 복수 개의 바에 접촉시킴으로써 함침 효과를 향상시키는 것도 가능하다. 도 11에 바(35a, 35b 및 35c)를 3개 사용한 예를 나타내고 있지만, 바는 개수가 많을수록, 시트형 강화 섬유 다발과 바의 접촉 길이가 길수록, 접촉각이 클수록, 함침율을 향상시킬 수 있다. 도 11의 예에서는 함침율을 90% 이상으로 하는 것이 가능아다. 그리고, 이러한 함침 효과의 향상 수단은 복수 종류를 조합하여 사용해도 된다.

<주행 기구>

시트형 강화 섬유 다발이나 본 발명의 도포액 함침 시트형 강화 섬유 다발을 반송하기 위한 주행 기구로서는, 공지의 롤러 등을 바람직하게 사용할 수 있다. 본 발명에서는 시트형 강화 섬유 다발이 수직 하향으로 반송되므로, 도포부를 사이에 두고 상하에 롤러를 배치하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에서는, 강화 섬유의 배열 흐트러짐이나 보풀을 억제하기 위하여, 시트형 강화 섬유 다발의 주행 경로는 될 수 있는 한 직선형인 것이 바람직하다. 또한, 도포액 함침 시트형 강화 섬유 다발과 이형 시트의 적층체인 시트형 일체물의 반송 공정에 있어서, 굴곡부를 가지면, 내층과 외층의 주위 길이 차이에 의한 주름이 발생하는 경우가 있으므로, 시트형 일체물의 주행 경로도 될 수 있는 한 직선형인 것이 바람직하다. 이러한 관점에서는, 시트형 일체물의 주행 경로 중에서는, 닙 롤을 사용하는 것이 바람직하다.

S자 롤과 닙 롤 중 어느 쪽을 사용할 것인가는, 제조 조건이나 제조물의 특성에 따라, 적절하게 선택할 수 있다.

<고장력 인취 장치>

본 발명에서는, 도포부로부터 도포액 함침 시트형 강화 섬유 다발을 인출하기 위한 고장력 인취 장치를 도포부보다 공정 하류에 배치하는 것이 바람직하다. 이는, 도포부에서, 시트형 강화 섬유 다발과 도포액 사이에 높은 마찰력, 전단(剪斷) 응력이 발생하므로, 그보다 우세하여 도포액 함침 시트형 강화 섬유 다발을 인출하기 위해서는, 공정 하류에서 고장력 인취 장력을 발생시키는 것이 바람직하기 때문이다. 고장력 인취 장치로서는, 닙 롤이나 S자 롤 등을 사용할 수 있지만, 모두 롤과 도포액 함침 시트형 강화 섬유 사이의 마찰력을 높임으로써, 슬립을 방지하고, 안정한 주행을 가능하게 할 수 있다. 이를 위해서는, 마찰 계수가 높은 재료를 롤 표면에 배치하거나, 닙 압력이나 S자 롤에 대한 도포액 함침 시트형 강화 섬유 다발의 누르는 압력을 높게 하는 것이 바람직하다. 슬립을 방지하는 관점에서는, S자 롤이 롤 직경이나 접촉 길이 등으로 용이하게 마찰력을 제어할 수 있어, 바람직하다.

<이형 시트 공급 장치, 와인더>

본 발명을 사용한 프리프레그나 FRP의 제조에 있어서는 이형 시트 공급 장치나 와인더를 적절하게 사용할 수 있고, 그러한 것으로서는 공지의 것을 사용할 수 있지만, 모두 풀어내기, 혹은 권취 장력을 풀어내기 혹은 권취 속도에 피드백할 수 있는 기구를 구비하고 있는 것이 시트의 안정 주행의 관점에서 바람직하다.

<추가 함침>

원하는 함침도로 조정하기 위하여, 본 발명에 도포 후에 별도로, 함침 장치를 사용하여 더욱 함침도를 향상시키는 수단을 조합하는 것도 가능하다. 여기서는, 도포부에서의 함침과 구별하기 위하여, 도포 후에 추가로 함침하는 것을 추가 함침, 이를 위한 장치를 추가 함침 장치로 칭하기로 한다. 추가 함침 장치로서 사용되는 장치에는 특별히 제한은 없고, 목적에 따라 공지의 것으로부터 적절하게 선택할 수 있다. 예를 들면, 일본공개특허 제2011-132389호 공보나 WO2015/060299 팜플렛에 기재된 바와 같이, 시트형 탄소 섬유 다발과 수지의 적층체를, 열판으로 예열하여 시트형 탄소 섬유 다발 상의 수지를 충분히 연화시킨 후, 역시 가열된 닙 롤로 가압하는 장치를 사용함으로써 함침을 진행할 수 있다. 예열을 위한 열판 온도나 닙 롤 표면 온도, 닙 롤의 선압(線壓), 닙 롤의 직경·개수는 원하는 함침도가 되도록 적절하게 선택할 수 있다. 또한, WO2010/150022 팜플렛에 기재된 바와 같은 프리프레그 시트가 S자형으로 주행하는 "S-랩 롤"을 사용하는 것도 가능하다. 본 발명에서는"S-랩 롤"을 단지 "S자 롤"로 칭하기로 한다. WO2010/150022 팜플렛의 도 1에서는 프리프레그 시트가 S자형으로 주행하는 예가 기재되어 있지만, 함침이 가능하다면, U자형이나, V형 또는 Λ형과 같이 시트와 롤의 접촉 길이를 조정해도 된다. 또한, 함침압을 높여 함침도를 높이는 경우에는, 대향하는 컨택트 롤을 부가하는 것도 가능하다. 또한 WO2015/076981 팜플렛의 도 4에 기재된 바와 같이, "S-랩 롤"에 대향하여 콘베이어 벨트를 배치함으로써 함침 효율을 향상시키고, 프리프레그의 제조 속도의 고속화를 도모하는 것도 가능하다. 또한, WO2017/068159 팜플렛이나 일본공개특허 제2016-203397호 공보 등에 기재된 바와 같이, 함침 전에 프리프레그에 초음파를 부여하고, 프리프레그를 급속 승온함으로써, 함침 효율을 향상시키는 것도 가능하다. 또한, 일본공개특허 제2017-154330호 공보에 기재된 바와 같이, 초음파 발생 장치로 복수의 "줄 날" 진동시키는 함침 장치를 사용하는 것도 가능하다. 또한, 일본공개특허 제2013-22868호 공보에 기재된 바와 같이 프리프레그를 접어서 함침하는 것도 가능하다.

<간이 추가 함침>

상기에서는, 종래의 추가 함침 장치를 적용하는 예를 나타냈지만, 도포부 바로 아래에서는 여전히 도포액 함침 시트형 강화 섬유 다발의 온도가 높은 경우가 있고, 그러한 경우에는 도포부를 나온 후, 그다지 시간이 경과하지 않고 있는 단계에서 추가 함침 조작을 가하면, 도포액 함침 시트형 강화 섬유 다발을 재승온하기 위한 열판 등의 가열 장치를 생략 혹은 간략화하여, 함침 장치를 대폭 간략화·소형화할 수도 있다. 이와 같이 도포부 바로 아래에 위치시키는 함침 장치를 간이 추가 함침 장치로 칭하기로 한다. 간이 추가 함침 장치로서는 가열 닙 롤이나 가열 S자 롤을 사용할 수 있지만, 통상의 함침 장치에 비해, 롤 직경이나 설정 압력, 프리프레그와 롤의 접촉 길이를 감소시킬 수 있고, 장치를 소형화할 수 있을 뿐만 아니라 소비 전력 등도 감소시킬 수 있어, 바람직하다.

또한, 도포액 함침 시트형 강화 섬유 다발이 간이 추가 함침 장치에 들어가기 전에, 도포액 함침 시트형 강화 섬유 다발에 이형 시트를 부여하면, 프리프레그의 주행성이 향상되어 바람직하다. 도 15에 간이 추가 함침 장치를 부가한 도포액 함침 시트형 강화 섬유 다발의 제조 장치의 일례를 나타내고 있다.

<도포액 함침 시트형 강화 섬유 다발>

본 발명의 제조 방법으로 얻어지는 도포액 함침 시트형 강화 섬유 다발에 있어서 도포액의 함침율은 10% 이상인 것이 바람직하다. 도포액의 함침율은, 채취한 도포액 함침 시트형 강화 섬유 다발을 찢고, 내부를 육안으로 관찰함으로써 함침의 유무를 확인할 수 있고, 보다 정량적(定量的)으로는, 예를 들면, 박리법으로 평가하는 것이 가능하다. 박리법에 의한 도포액의 함침율은 이하와 같이 하여 측정할 수 있다. 즉, 채취한 도포액 함침 시트형 강화 섬유 다발을 점착테이프로 협지하고, 이것을 박리하여, 도포액이 부착된 강화 섬유와 도포액이 부착되어 있지 않은 강화 섬유를 분리한다. 그리고, 투입한 시트형 강화 섬유 다발 전체의 질량에 대한 도포액이 부착된 강화 섬유의 질량의 비율을 박리법에 의한 도포액의 함침율로 할 수 있다.

<프리프레그 폭>

FRP의 전구체의 일종인 프리프레그는 본 발명에서 얻어지는 도포액 함침 시트형 강화 섬유 다발의 일형태이므로, 본 발명을 FRP 용도에 적용하는 경우로서, 도포액 함침 시트형 강화 섬유 다발을 프리프레그로 칭하고 이하 설명한다.

프리프레그의 폭에는, 특별히 제한은 없고, 폭이 몇십 cm∼2m 정도의 넓은 폭이라도 되고, 폭 몇 mm∼몇십 mm의 테이프형이라도 되고, 용도에 따라 폭을 선택할 수 있다. 최근에는, 프리프레그의 적층 공정을 효율화하기 위하여, 세폭 프리프레그나 프리프레그 테이프를 자동 적층하는 ATL(Automated Tape Laying)이나 AFP(Automated Fiber Placement)로 불리는 장치가 널리 사용되고 있으며, 여기에 적합한 폭으로 하는 것도 바람직하다. ATL에서는 폭이 약 7.5cm, 약 15cm, 약 30cm 정도의 세폭 프리프레그가 사용되는 경우가 많고, AFP에서는 약 3mm∼약 25mm 정도의 프리프레그 테이프를 사용되는 경우가 많다.

원하는 폭의 프리프레그를 얻는 방법에는 특별히 제한은 없고, 폭 1m∼2m 정도의 광폭 프리프레그를 세폭으로 슬릿하는 방법을 사용할 수 있다. 또한, 슬릿 공정을 간략화 혹은 생략하기 위하여, 처음부터 원하는 폭이 되도록 본 발명에서 사용하는 도포부의 폭을 조정할 수도 있다. 예를 들면, ATL용에 30cm 폭의 세폭 프리프레그를 제조하는 경우에는, 도포부 출구의 폭을 거기에 대응하여 조정하면 된다. 또한, 이를 효율적으로 제조하기 위해서는, 제품 폭을 30cm로 하고 제조하는 것이 바람직하고, 이러한 제조 장치를 복수 개 병렬시키면, 동일한 주행 장치·반송 장치, 각종 롤, 와인더를 사용해서 복수 라인의 프리프레그를 제조할 수 있다. 도 17에는 일례로서, 도포부를 5개 병렬 방향으로 연결한 예를 나타내고 있다. 이 때, 5장의 시트형 강화 섬유 다발(416)은, 각각 독립된 5개의 강화 섬유 예열 장치(420), 도포부(430)를 통과하고, 5장의 프리프레그(471)가 얻어지도록 해도 되고, 강화 섬유 예열 장치(420), 도포부(430)는 병렬 방향으로 일체화되어 있어도 된다. 이 경우에는, 도포부(430) 중에서 폭 규제 기구, 도포부 출구 폭을 독립적으로 5개 구비하면 된다.

또한, 프리프레그 테이프의 경우에는, 테이프형의 강화 섬유 다발이 1사조(絲條)∼3사조 정도로 시트형 강화 섬유 다발을 형성시키고, 이것을 원하는 테이프 폭이 얻어지도록 폭을 조정한 도포부에 통과시킴으로써 얻을 수도 있다. 프리프레그 테이프의 경우에는 테이프끼리의 가로 방향의 중첩을 제어하는 관점에서, 특히 테이프 폭의 정밀도가 요구되는 경우가 많다. 이 때문에, 도포부 출구 폭을 보다 엄밀하게 관리하는 것이 바람직하고, 이 경우에는, 상기한 L, L2 및 W가, L≤W+1 mm 및/또는 L2≤W+1 mm의 관계를 만족시키도록 하는 것이 바람직하다.

<슬릿>

프리프레그의 슬릿 방법에도 특별히 제한은 없으며, 공지의 슬릿 장치를 사용할 수 있다. 프리프레그를 일단 권취한 후, 다시 슬릿 장치에 설치하여, 슬릿을 행해도 되고, 효율화를 위해, 프리프레그 일단 권취하지 않고 프리프레그 제작 공정으로부터 연속하여 슬릿 공정을 배치해도 된다. 또한, 슬릿 공정은 1m 이상의 광폭 프리프레그를 직접, 원하는 폭으로 슬릿해도 되고, 일단, 30cm 정도의 세폭 프리프레그로 커팅·소분한 후, 이것을 다시 원하는 폭으로 슬릿해도 된다.

그리고, 상기한 세폭 프리프레그, 프리프레그 테이프를 복수의 도포부를 병렬시켰을 경우에는, 각각 독립적으로 이형 시트를 공급해도 되고, 1장의 광폭 이형 시트를 공급하고, 여기에 복수 장의 프리프레그를 적층시켜도 된다. 이와 같이 하여 얻어지는 프리프레그의 폭 방향 단부를 잘라내어, ATL이나 AFP의 장치에 공급할 수 있다. 이 경우에는 잘라내는 단부의 대부분이 이형 시트로 되므로, 슬릿 커터날에 부착되는 도포액 성분(CFRP의 경우에는 수지 성분)을 감소시킬 수 있어, 슬릿 커터날의 청소 주기를 연장할 수 있는 장점도 있다.

<본 발명의 변형 태양(베리에이션) 및 응용 태양>

본 발명에 있어서는, 도포부를 복수 개 사용하여, 제조 공정의 더 한층의 효율화나 고기능화를 도모할 수 있다.

예를 들면, 복수 장의 도포액 함침 시트형 강화 섬유 다발을 적층시키도록 복수의 도포부를 배치할 수 있다. 도 16에는 일례로서, 2개의 도포부를 사용한 도포액 함침 시트형 강화 섬유 다발의 적층을 행하는 태양의 예를 나타내고 있다. 제1 도포부(431)와 제2 도포부(432)로부터 인출된 2장의 도포액 함침 시트형 강화 섬유 다발(471)은 방향 전환 롤(445)을 지나고, 그 하방의 적층 롤(447)에 의해 이형 시트(446)와 함께 적층된다. 도포액 함침 시트형 강화 섬유 다발과 방향 전환 롤 사이에 이형 시트를 위치시키면, 도포액 함침 시트형 강화 섬유 다발이 닙 롤에 부착되는 것을 억제하고, 주행을 안정화할 수 있어, 바람직하다. 도 16에서는, 2개의 방향 전환 롤(445)에 이형 시트(446)를 서킷 주행시키고 있는 장치를 예시하고 있다. 그리고, 방향 전환 롤은, 이형 처리가 행해진 방향 전환 가이드 등으로 대용(代用)할 수도 있다. 도 16에서는 고장력 인취 장치(444)는 도포액 함침 시트형 강화 섬유 다발(471)의 적층 후에 배치하고 있지만, 적층 전에 배치하는 것도 물론 가능하다.

이와 같은 적층형의 도포액 함침 시트형 강화 섬유 다발로 함으로써, 프리프레그 적층의 효율화를 도모할 수 있고, 예를 들면, 두꺼운 FRP를 제작할 경우에 유효하다. 또한, 얇은 프리프레그를 다층 적층함으로써, FRP의 인성이나 내충격성이 향상되는 것을 기대할 수 있고, 본 제조 방법을 적용함으로써, 얇은 다층 적층 프리프레그를 효율적으로 얻을 수 있다. 또한, 상이한 종류의 프리프레그를 용이하게 적층함으로써, 기능성을 부가한 헤테로 결합 프리프레그를 용이하게 얻을 수 있다. 이 경우에, 강화 섬유의 종류나 섬도, 필라멘트수, 역학적 물성, 섬유 표면 특성 등을 변경할 수 있다. 또한, 도포액(프리프레그의 경우에는 수지)도 상이한 것을 사용하는 것이 가능하다. 예를 들면, 두께가 상이한 프리프레그나 역학적 물성이 상이한 것을 적층한 헤테로 결합 프리프레그로 할 수 있다. 또한, 제1 도포부에서 역학적 물성이 우수한 수지를 부여하고, 제2 도포부에서 택성이 우수한 수지를 부여하고, 이들을 적층함으로써 역학적 물성과 택성을 양립시킬 수 있는 프리프레그를 용이하게 얻을 수 있다. 또한, 반대로 표면에 택성이 없는 수지를 배치하는 것도 가능하다. 또한, 제1 도포부에서 입자가 없는 수지를 부여하고, 제2 도포부에서 입자 함유 수지를 부여함으로써, 표면에 입자를 가지는 프리프레그를 용이하게 얻을 수 있다.

다른 양태로서는, 도 17에서 예시하고 상기한 바와 같이, 도포부를 시트형 강화 섬유 다발의 주행 방향에 대하여, 복수 개 병렬시키는, 즉 복수 개의 도포부를 시트형 강화 섬유 다발의 폭 방향으로 병렬시킬 수 있다. 이로써, 세폭이나 테이프형의 도포액 함침 시트형 강화 섬유 다발의 제조를 효율화할 수 있다. 또한, 도포부마다, 강화 섬유나 도포액을 변경하면 폭 방향으로 성질이 상이한 도포액 함침 시트형 강화 섬유 다발을 얻을 수도 있다.

또한, 다른 양태로서는, 시트형 강화 섬유 다발의 주행 방향에 대하여 도포부를 직렬로 복수 개 배치시킬 수 있다. 도 18에는 일례로서, 2개의 도포부를 직렬로 배치시킨 예를 나타내고 있다. 제1 도포부(431)와 제2 도포부(432) 사이에는 고장력 인취 장치(448)를 배치시키는 시트형 강화 섬유 다발(416)의 주행을 안정화시키는 관점에서 바람직하지만, 도포 조건, 공정 하류의 인취 조건에 따라서는 생략하는 것도 가능하다. 또한, 도포부로부터 인출한 도포액 함침 시트형 강화 섬유 다발과 고장력 인취 장치 사이에 이형 시트를 위치시키면, 도포액 함침 시트형 강화 섬유 다발이 닙 롤에 부착되는 것을 억제하고, 주행을 안정화할 수 있어, 바람직하다. 도 18에서는, 고장력 인취 장치(448)를 닙 롤로 하고, 또한 2개의 롤에 이형 시트(446)를 서킷 주행시키고 있는 장치를 예시하고 있다.

이와 같은 직렬형의 배치로 함으로써, 도포액 함침 시트형 강화 섬유 다발의 두께 방향으로 도포액 종류를 변경할 수 있다. 또한, 동일한 종류의 도포액이라도, 도포부에 의해 도포 조건을 변경함으로써, 주행 안정성이나 고속 주행성 등을 향상시킬 수도 있다. 예를 들면, 제1 도포부에서 역학적 물성이 우수한 수지를 부여하고, 제2 도포부에서 택성이 우수한 수지를 부여하고, 이들을 적층함으로써 역학적 물성과 택성을 양립시킬 수 있는 프리프레그를 용이하게 얻을 수 있다. 또한, 반대로 표면에 택성이 없는 수지를 배치하는 것도 가능하다. 또한, 제1 도포부에서 입자가 없는 수지를 부여하고, 제2 도포부에서 입자 함유 수지를 부여함으로써, 표면에 입자를 가지는 프리프레그를 용이하게 얻을 수 있다.

이상과 같이, 복수의 도포부를 배치시키는 양태를 몇 가지 나타냈으나, 도포부의 개수에 특별히 제한은 없고, 목적에 따라 다양하게 적용할 수 있다. 또한, 이들의 배치를 복합시키는 것도 물론 가능하다. 또한, 도포부의 각종 사이즈·형상이나 도포 조건(온도 등)도 혼합하여 사용할 수도 있다.

이상 기술한 바와 같이, 본 발명의 제조 방법은 제조 효율화·안정화뿐만 아니라, 제품의 고성능화·기능화도 가능하여, 확장성도 우수한 제조 방법이다.

<도포액 공급 기구 >

본 발명에 있어서 도포부 내에 도포액은 저류되어 있지만, 도포가 진행되므로, 도포액을 적절하게 보급하는 것이 바람직하다. 도포액을 도포부에 공급하는 기구에는 특별히 제한은 없고, 공지의 장치를 사용할 수 있다. 도포액은 연속하여 도포부에 공급하는 것이, 도포부의 상부 액면을 흩뜨리지 않고, 시트형 강화 섬유 다발의 주행을 안정화할 수 있어, 바람직하다. 예를 들면, 도포액을 저류하는 조(槽)로부터 자중(自重)을 구동력으로서 공급하거나, 펌프 등을 사용하여 연속하여 공급할 수 있다. 펌프로서는, 기어 펌프나 튜브 펌프, 압력 펌프 등 도포액의 성질에 따라 적절하게 사용할 수 있다. 또한, 도포액이 실온에서 고체인 경우에는, 저류층 상부에 용해 장치(melter)를 구비해 두는 것이 바람직하다. 또한, 연속 압출기 등을 사용할 수도 있다. 또한, 도포액 공급량은 도포액의 도포부 상부의 액면이 될 수 있는 한 일정하게 되도록, 도포량에 따라 연속 공급할 수 있는 기구를 구비하는 것이 바람직하다. 이를 위해서는, 예를 들면, 액면 높이나 도포부 중량 등을 모니터링하고, 그것을 공급 장치에 피드백하는 기구를 고려할 수 있다.

<온라인 모니터링>

또한, 도포량의 모니터링을 위하여, 도포량을 온라인 모니터링할 수 있는 기구를 구비하는 것이 바람직하다. 온라인 모니터링 방법에 대해서도 특별히 제한은 없고, 공지의 것을 사용 가능하다. 예를 들면, 두께를 계측하는 장치로서, 예를 들면, 베타선계 등을 사용할 수 있다. 이 경우에는, 시트형 강화 섬유 다발 두께와 도포액 함침 시트형 강화 섬유 다발의 두께를 계측하고, 그 차분을 해석함으로써 도포량을 추정하는 것이 가능하다. 온라인 모니터링된 도포량은, 즉시 도포부에 피드백되고, 도포부의 온도나 협착부(23)의 간극(D)(도 2 참조)의 조정에 이용할 수 있다. 도포량 모니터링은, 물론 결점 모니터링으로서도 사용 가능하다. 두께 계측 위치로서는, 예를 들면, 도 12에서 말하면, 방향 전환 롤(419) 근방에서 시트형 강화 섬유 다발(416)의 두께를 계측하고, 도포부(430)로부터 방향 전환 롤(441)의 사이에서 도포액 함침 시트형 강화 섬유 다발의 두께를 계측할 수 있다. 또한, 적외선, 근적외선, 카메라(화상 해석) 등을 사용한 온라인 결점 모니터링을 행하는 것도 바람직하다.

본 발명의 도포 장치는, 강화 섬유가 일방향으로 배열된 시트형 강화 섬유 다발을 실질적으로 수직 방향 하향으로 주행시키는 주행 기구와, 도포 기구를 가지고, 상기 도포 기구는 그 내부에 도포액을 저류 가능하고, 또한 서로 연통된 액고임부와 협착부를 구비하고 있고, 상기 액고임부는, 시트형 강화 섬유 다발의 주행 방향을 따라 단면적이 연속적으로 감소하는 부분을 가지고, 상기 협착부는, 슬릿형의 단면을 가지고, 또한 액고임부 상면보다 작은 단면적을 가지는 것이다.

이하에서는, 도포액 함침 시트형 강화 섬유 다발의 일태양인 프리프레그의 예에, 상기 도포 장치를 사용한 프리프레그의 제조예를 구체적으로 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 그리고, 이하는 예시이며, 본 발명은 이하에서 설명하는 태양으로 한정하여 해석되는 것은 아니다.

도 12는 본 발명을 사용한 프리프레그의 제조 공정·장치의 예를 개략적으로 나타낸 도면이다. 복수 개의 강화 섬유 보빈(412)은 크릴(411)에 걸리고, 방향 전환 가이드(413)를 거쳐, 상방으로 인출된다. 이 때, 크릴에 부여된 브레이크 기구에 의해 일정 장력으로 강화 섬유 다발(414)을 인출할 수 있다. 인출된 복수 개의 강화 섬유 다발(414)은 강화 섬유 배열 장치(415)에 의해 정연하게 배열되고, 시트형 강화 섬유 다발(416)이 형성된다. 그리고, 도 12에서는 강화 섬유 다발은 3사조밖에 묘화되어 있지 않지만, 실제로는, 2사조∼몇백 사조로 할 수 있고, 원하는 프리프레그 폭, 섬유 단위면적당중량으로 하도록 조정 가능하다. 그 후, 확폭 장치(417), 평활화 장치(418)를 거키고, 방향 전환 롤(419)을 거쳐, 수직 하향으로 반송된다. 도 12에서는, 강화 섬유 배열 장치(415)∼방향 전환 롤(419)까지 시트형 강화 섬유 다발(416)은 장치 사이를 직선형으로 반송된다. 그리고, 확폭 장치(417), 평활화 장치(418)는, 목적에 따라, 적절하게 스킵할 수도 있고, 장치를 배치하지 않을 수도 있다. 또한, 강화 섬유 배열 장치(415), 확폭 장치(417), 평활화 장치(418)의 배열 순서는 목적에 따라 적절하게 변경할 수도 있다. 시트형 강화 섬유 다발(416)은 방향 전환 롤(419)로부터 수직 하향으로 주행하고, 강화 섬유 예열 장치(420), 도포부(430)를 지나 방향 전환 롤(441)에 도달한다. 도포부(430)는 본 발명의 목적을 달성하는 범위 내에서 임의의 도포부 형상을 채용할 수 있다. 예를 들면, 도 2, 도 6∼도 9과 같은 형상이 있다. 또한, 필요에 따라 도 5와 같이 부시를 구비할 수도 있다. 또한, 도 11과 같이, 도포부 내에 바를 구비할 수도 있다. 도 12에서는, 이형 시트 (상) 공급 장치(442)로부터 풀어내어진 이형 시트(446)를 방향 전환 롤(441) 상에서 도포액 함침 시트형 강화 섬유 다발, 이 경우에는 프리프레그(471)에 적층하여, 시트형 일체물로 할 수 있다. 또한, 이형 시트 (하) 공급 장치(443)로부터 풀어내어진 이형 시트(446)를 상기 시트형 일체물의 하면에 삽입할 수 있다. 여기서는, 이형 시트는 이형지나 이형 필름 등을 사용할 수 있다. 이것을 고장력 인취 장치(444)로 인취할 수 있다. 도 12에서는 고장력 인취 장치(444)로서 닙 롤을 묘화하고 있다. 그 후, 시트형 일체물은 열판(451)과 가열 닙 롤(452)을 구비한 추가 함침 장치(450)를 거치고, 냉각 장치(461)에서 냉각된 후, 인취 장치(462)에 의해 인취되고, 상측의 이형 시트(446)를 박리한 후, 와인더(464)에 의해 권취되어, 제품이 되는 프리프레그/이형 시트로 이루어지는 시트형 일체물(472)을 얻을 수 있다. 방향 전환 롤(441)로부터 와인더(464)까지 시트형 일체물은 기본적으로 직선형으로 반송되므로, 주름의 발생을 억제할 수 있다. 그리고, 도 12에서는, 도포액 공급 장치, 온라인 모니터링 장치의 묘화는 생략하고 있다.

도 13은 본 발명을 사용한 프리프레그의 제조 공정·장치의 다른 예를 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 13에서는, 크릴(411)로부터 강화 섬유 다발(414)을 인출하고, 그대로 강화 섬유 배열 장치(415)로 시트형 강화 섬유 다발(416)을 형성하고, 그 후, 확폭 장치(417), 평활화 장치(418)까지 직선형으로 반송되고, 그 후, 시트형 강화 섬유 다발(416)을 상방으로 인도하는 점이 도 12와는 상이하다. 이와 같은 구성으로 함으로써, 상방에 장치를 설치하는 것이 불필요하게 되어, 발판 등의 설치를 대폭 간략화할 수 있다.

도 14는 본 발명을 사용한 프리프레그의 제조 공정·장치의 다른 예를 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 14에서는, 계단 상에 크릴(411)을 설치하고, 시트형 강화 섬유 다발(416)의 주행 경로를 더욱 직선화하고 있다.

도 15는 본 발명을 사용한 프리프레그의 제조 공정·장치의 다른 예를 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 12에 나타낸 통상의 추가 함침 장치 대신, 간이 추가 함침 장치를 사용한 예를 나타내고 있다. 도 15에 있어서는, 간이 추가 함침 장치(453)는 도포부(430)의 바로 아래에 설치되어 있으므로, 도포액 함침 시트형 강화 섬유 다발(471)이 고온 상태로 간이 추가 함침 장치(453)로 인도되므로, 함침 장치를 간략화·소형화할 수 있다. 도 15에서는, 일례로서 가열 닙 롤(454)을 묘화하고 있지만, 목적에 따라서는, 물론 소형의 가열 S자 롤이라도 된다. 간이 추가 함침 장치를 사용하면, 프리프레그 제조 장치 전체를 매우 컴팩트하게 할 수 있는 것도 장점이다.

도 19는 본 발명을 사용한 프리프레그의 제조 공정·장치의 다른 예를 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 19에서는, 고장력 인취 장치로서 고장력 인취 S자 롤(449), 추가 함침 장치로서 "S-랩 롤"형의 가열 S자 롤(455)을 2롤-2세트(합계 4개) 사용한 예를 묘화하고 있지만, 롤 수는 목적에 따라, 물론 증감할 수 있다. 또한, 도 19에서는 함침 효과를 높이기 위한 컨택트 롤(456)도 묘화하고 있지만, 목적에 따라 생략하는 것도 물론 가능하다.

도 20은 본 발명을 사용한 프리프레그의 제조 공정·장치의 다른 예를 개략적으로 나타낸 도면이다. 이 예에서는 "S-랩 롤"형의 가열 S자 롤을 고장력 인취 장치와 겸용하는 예를 나타내고 있다. 프리프레그 제조 장치 전체를 매우 컴팩트하게 할 수 있는 장점이 있다.

[실시예]

표 1은, 본 발명에 따른 실시예 1 및 본 발명을 사용하지 않는 비교예 1에 있어서, 도포액(2)을 시트형 강화 섬유 다발(1a)에 부여한 경우의, 실험 결과를 정리하여 나타낸 표이다. 어느 경우도 공통인 실시 조건으로서, 강화 섬유(1)에는 탄소 섬유(도레이 제조, 토레카 T800S(24K))를 3사조(폭 20mm/3사조) 사용하고, 도포액(2)에는 무색 투명한 유니루브(니치유(日油) 가부시키가이샤 제조)를 25℃의 점도가 10Pa·s가 되도록 조합하여 사용했다. 또한, 시트형 강화 섬유 다발(1a)은 수직 방향 하향으로 주행시키고, 액고임부(22) 및 협착부(23)를 통과시켰다. 주행 속도는 20m/분, 협착부(23)의 폭(Y)은 20mm, 협착부(23)의 간극(D)은 0.2mm(슬릿형, 어스펙트비는 100)로 했다. 액고임부(22)및 협착부(23)를 형성하는 벽면 부재(21)에는 스테인레스제의 블록을 사용하였고, 또한 측판 부재(24a, 24b)에는 아크릴제의 투명한 플레이트를 사용했다. 또한, 도포부의 온도는 25℃로 했다. 그 외의 실시 조건으로서, 액고임부(22)의 형상(연속적인 단면적 감소의 유무)은 실시예, 비교예마다 상이하다.

시트형 탄소 섬유 다발의 도포액 부여부에서의 주행 안정성(연속 생산성)을 평가하기 위하여, 60분간 연속 주행시키고, 보풀 쌓임·실 끊김이 없는 것을 「Good」, 보풀이 쌓이고 실 끊김이 있는 것을 「Bad」로 했다. 또한, 얻어진 시트형 탄소 섬유 다발의 형상을 육안으로 확인했다. 또한, 얻어진 시트형 탄소 섬유 다발의 도포액의 부여 상태를 평가하기 위하여, 시트형 탄소 섬유 다발의 표면을 육안으로 확인하여, 표면이 도포액으로 젖어 있는 것을 「Good」, 젖지 않고 있는 것을 「Bad」로 했다. 또한, 시트형 탄소 섬유 다발에 대한 도포액의 함침성을 조사하기 위하여, 도포 장치 바로 아래에서 시트형 탄소 섬유 다발을 신속하게 취득하고, 도포액의 함침성을 육안으로 확인했다. 시트형 탄소 섬유 다발 내부의 섬유까지 도포액으로 젖어 있는 것을 함침성 양호 「Good」, 시트형 탄소 섬유 다발 표면 부근의 섬유밖에 도포액에 젖지 않고 있는 것을 함침성 불량 「Bad」로 했다. 이하, 각 실시예와 비교예를 상술한다.

[실시예 1]

본 발명에 따른 도 2의 실시형태 도포부(20)를 사용하여, 시트형 탄소 섬유 다발(1a)에 유니루브(도포액 2)를 부여했다. 시트형 탄소 섬유 다발(1a)의 주행 방향은 수직 방향 하향(Z), 액고임부(22)는 테이퍼형(테이퍼 벌어짐 각도 30°, 테이퍼 높이 100mm), 액고임부(22)의 폭(L)은 40mm로 했다. 주행 속도 20m/분으로 60분간의 연속 주행을 행한 바, 보풀 쌓임이나 실 끊김은 발생하지 않고, 또한 보풀 쌓임의 징후도 관찰되지 않았다. 또한, 액고임부(22)를 통과 중인 시트형 강화 섬유 다발(1a)을 측판 부재(24)(투명) 측에서 관찰한 바, 액고임부(22)의 하부 부근의 시트형 강화 섬유 다발(1a)의 표면에서 직경 1mm 이하의 미세 기포가 연속적으로 발생하고 있었다. 발생한 기포는 부력에 의해 액고임부(22)의 상방으로 배제되어, 액고임부(22)의 하부에 남아 있지 않았다. 또한, 얻어진 시트형 탄소 섬유 다발(1b)은 폭(W)이 20mm로, 양면에 유니루브가 부여된 어스펙트비 100 이상의 시트형물이며, 시트형 탄소 섬유 다발(1b)을 손으로 찢어서 내부를 육안으로 확인한 바, 유니루브가 내부까지 함침하고 있었다.

실시예 1은 액고임부(22)의 폭(L)이 40mm, 얻어진 시트형 탄소 섬유 다발(1b)의 폭(W)이 20mm로서, L≤W+10 mm의 관계를 만족시키지 않고 있다. 실시예 1에서는 60분간의 주행 시간 중, 단속적으로 시트형 탄소 섬유 다발(1a)의 일부에 섬유 다발의 갈라짐, 섬유 다발의 단부 절곡이 관찰되며, 시트형 탄소 섬유 다발(1a)이 균일하게 주행하고 있는 시간의 비율은 20% 정도였다(표 2 참조).

[비교예 1]

도 10은 본 발명과는 다른 실시형태의 도포부(30)의 상세 횡단면도이다. 본 발명의 실시형태와는 달리, 도 10의 액고임부(32)는 수직 방향 하향(Z)으로 단면적이 연속적으로 감소하는 영역을 포함하지 않고, 협착부(23)와의 경계(33)에서 단면적이 단속적으로(급격하게) 감소하는 구성이다. 이 도포부(30)를 사용하여, 실시예 1과 동일한 조건에서 시트형 탄소 섬유 다발(1a)에 유니루브를 부여한 바, 주행 속도 20m/분에서의 주행 개시 직후에 시트형 탄소 섬유 다발(1a)이 도포부(30)의 내부에서 절단되어, 주행 불가능이 되었다. 그 후, 도포부(30)를 분해하여 내부를 확인한 바, 액고임부(32)와 협착부(23)의 경계(33)에 대량의 보풀이 쌓여 있는 것을 확인했다.

[표 1]

다음으로, 표 2는 실시예 2, 3에 있어서, 협착부(23)의 바로 아래에서 측정한 도포액 함침 시트형 강화 섬유 다발(1b)의 폭(W)와, 액고임부(22)의 하부(도 4의 G의 위치)에서 측정한 폭(L)의 관계를 변경한 경우의 실시 결과를 정리하여 나타낸 표이다. 실시예 2, 3의 실시 조건은, 액고임부(22)의 폭(L)이 작은 점 이외에는, 실시예 1과 동일하다. 시트형 탄소 섬유 다발의 균일성을 평가하기 위하여, 주행 속도 20m/분으로 60분간 연속 주행시키고, 액저류부(22) 바로 위의 시트형 탄소 섬유 다발(1a)에 섬유 다발의 갈라짐(세로 줄무늬형으로 시트형 탄소 섬유 다발이 찢어져 있는 부분)이나 섬유 다발의 단부 절곡(탄소 섬유 다발이 중첩되어 있는 부분)이 없고 균일하게 주행하고 있는 시간을 측정했다. 섬유 다발의 갈라짐, 및 섬유 다발의 단부 절곡이 없고 균일하게 주행하고 있는 시간의 비율이 전체 주행 시간의 90% 이상을 차지하는 것을 「Excellent」, 50% 이상 90% 미만인 것을 「Good」, 10% 이상 50% 미만인 것을 「Fair」, 10% 미만인 것을 「Poor」로 했다(다른 실시예, 비교예에 있어서도 동일하게 평가). 이하, 각 실시예를 상술한다.

[실시예 2]

실시예 1에서의 액고임부(22)의 폭(L)을 30mm로 변경하고, 시트형 탄소 섬유 다발(1a)에 유니루브를 부여했다. 이 때, 협착부(23) 바로 아래에서 측정한 시트형 탄소 섬유 다발(1b)의 폭(W)은 20mm로서, L≤W+10 mm의 관계를 만족시키고 있다. 주행 속도 20m/분으로 60분간의 연속 주행을 행한 바, 가끔 시트형 탄소 섬유 다발(1a)에 섬유 다발의 갈라짐, 섬유 다발의 단부 절곡이 관찰되며, 시트형 탄소 섬유 다발(1a)이 균일하게 주행하고 있는 시간의 비율은 70% 정도였다.

[실시예 3]

실시예 1에서의 액고임부(22)의 폭(L)을 20mm로 변경하고, 시트형 탄소 섬유 다발(1a)에 유니루브를 부여했다. 이 때, 협착부(23) 바로 아래에서 측정한 시트형 탄소 섬유 다발(1b)의 폭(W)은 20mm로서, L≤W+10mm의 관계를 만족시키고 있다. 주행 속도 20m/분으로 60분간의 연속 주행을 행한 바, 시트형 탄소 섬유 다발(1a)에는 섬유 다발의 갈라짐이나 섬유 다발의 단부 절곡이 거의 관찰되지 않으며, 시트형 탄소 섬유 다발(1a)이 균일하게 주행하고 있는 시간의 비율은 90% 이상이었다.

[표 2]

다음으로, 본 발명에 따른 도 2의 실시형태 도포부(20)를 사용하여, 시트형 강화 섬유 다발(1a)에 도포액(2)으로서 용융 수지를 부여하고, CFRP용 시트형 프리프레그(1b)의 제작을 행하였다. 강화 섬유(1)에는 탄소 섬유(도레이 제조, 토레카 T800S(24K))를 3사조(폭 20mm/3사조) 사용하고, 도포액(2)(용융 수지)에는, 에폭시 수지(방향족 아민형 에폭시 수지+비스페놀형 에폭시 수지의 혼합물), 경화제(디아미노디페닐술폰), 폴리에테르술폰의 혼합물로 이루어지는 열경화성 에폭시 수지 조성물을 사용했다. 이 열경화성 에폭시 수지 조성물의 점도를 TA Instruments사에서 제조한 ARES-G2를 사용하여, 측정 주파수 0.5Hz, 승온 속도 1.5℃/분으로 측정한 바, 75℃에서 50Pa·s, 90℃에서 15Pa·s, 105℃에서 4Pa·s였다. 액고임부(22) 및 협착부(23)를 형성하는 벽면 부재(21a, 21b)에는 스테인레스제의 블록을 사용하였고, 또한 측판 부재(24a, 24b)에는 스테인레스제의 플레이트를 사용했다. 또한 에폭시 수지를 용융하기 위하여, 벽면 부재(21a, 21b) 및 측판 부재(24a, 24b)의 외주에 리본 히터를 권취하고, 열전대(熱電對)로 온도 계측을 행하면서, 에폭시 수지의 온도 및 상당 점도를 조정했다. 또한 시트형 탄소 섬유 다발(1a)의 주행 방향은 수직 방향 하향(Z), 액고임부(22)는 테이퍼형(테이퍼 벌어짐 각도 30°, 테이퍼 높이 100mm), 액고임부(22)의 폭(L)은 20mm, 협착부(23)의 간극(D)은 0.2mm, 협착부(23)의 폭(Y)은 20mm(어스펙트비는 100)로 했다. 이하, 각 실시예를 상술한다.

[실시예 4∼6]

표 3은 도포액의 온도를 75℃(실시예 4), 90℃(실시예 5), 105℃(실시예 6)의 3가지로 설정하여 주행 속도 20m/분으로 60분간의 연속 주행을 행한 결과를 정리하여 나타낸 표이다. 어느 조건에서도 보풀 쌓임이나 실 끊김은 발생하지 않고, 또한 보풀 쌓임의 징후도 관찰되지 않았다(주행 안정성 「Good」). 또한, 액고임부(22) 바로 위의 시트형 탄소 섬유 다발(1a)에는 섬유 다발의 갈라짐이나 섬유 다발의 단부 절곡은 거의 관찰되지 않고, 균일하게 주행하고 있는 시간의 비율은 90% 이상이었다(섬유 다발의 갈라짐 「Excellent」, 섬유 다발의 단부 절곡 「Excellent」). 얻어진 시트형 프리프레그(1b)는 양면에 도포액이 부착된 어스펙트비 100 이상의 시트형물이며, 얻어진 시트형 탄소 섬유 다발(1b)을 찢은 바, 시트형 탄소 섬유 다발 내부의 탄소 섬유에도 도포액이 부착되어 있는 것이 있어, 함침하고 있는 것을 확인했다. 또한, 함침을 정량화하기 위하여, 도포액이 부착된 섬유(함침부)의 질량(섬유 부분만)의 투입한 시트형 탄소 섬유 다발(1a) 전체의 질량에 대한 질량 비율을 함침율로 한 바, 실시예 4∼6에서는 40∼60 %였다.

[표 3]

[실시예 7, 8]

다음으로, 표 4는 실시예 7, 8에 있어서, 액고임부(22)의 단면적이 연속적으로 감소하는 높이(H)를 변경한 경우의, 도포액의 온도를 90℃로 설정하고 주행 속도 20m/분으로 60분간의 연속 주행을 행한 결과를 정리하여 나타낸 표이다. 실시예 7, 8의 실시 조건은, 도포부에 본 발명에 따른 도 8의 도포부(20d)를 사용하고 있는 점 외에는, 실시예 5의 조건과 동일하다. 실시예 7, 8에 공통인 실시 조건으로서, 액고임부(22)의 단면적이 연속적으로 감소하는 영역(22a)은 테이퍼형(직선형)으로 하고, 테이퍼의 벌어짐 각도 θ는 30°, 액고임부(22)의 상부액면까지 높이(C)는 100mm로 했다. 액고임부(22)의 단면적이 연속적으로 감소하는 높이(H)는, 실시예 7은 5mm, 실시예 8은 10mm로 했다. 어느 조건에서도 보풀 쌓임이나 실 끊김은 발생하지 않았다(주행 안정성 「Good」).

또한, 보풀 쌓임의 징후를 평가하기 위하여, 60분간 및 120분간의 연속 주행 후에 도포부(20d)를 분해하여 벽면 부재(21g, 21h)의 접액면(接液面)을 육안에 의해 관찰하여, 보풀의 유무를 조사했다. 연속 주행 후에 협착부(23)의 부근에 보풀이 부착되어 있는 것을 보풀 방지성 「Poor」, 연속 주행 후에 협착부(23)로부터 먼 부분(액고임부(22)의 상부부근)에 보풀이 부착되어 있는 것을 보풀 방지성 「Fair」, 연속 주행 후에 벽면 부재(21g, 21h)의 접액면에 보풀이 부착되지 않고 있는 것을 보풀 방지성 「Good」으로 하여, 60분간 및 120분간의 보풀 방지성을 평가했다.

실시예 5도 포함하여 비교하면, 액고임부(22)의 단면적이 감소하는 높이(H)가 클수록 연속 주행 후의 협착부(23)의 부근으로의 보풀의 접근이 적어, 보풀 방지성이 향상되었다. 또한, 어느 조건에서도 액고임부(22) 바로 위의 시트형 탄소 섬유 다발(1a)에는 섬유 다발의 갈라짐이나 섬유 다발의 단부 절곡은 거의 관찰되지 않고, 균일하게 주행하고 있는 시간의 비율은 90% 이상이었다(섬유 다발의 갈라짐 「Excellent」, 섬유 다발의 단부 절곡 「Excellent」). 얻어진 시트형 프리프레그(1b)는 양면에 도포액이 부착된 어스펙트비 100 이상의 시트형물이며, 얻어진 시트형 탄소 섬유 다발(1b)을 손으로 찢은 바, 시트형 탄소 섬유 다발 내부의 탄소 섬유에도 도포액이 부착되어 있는 것이 있어, 함침하고 있는 것을 확인했다. 또한, 함침율은, 실시예 7에서는 질량 비율로 45%, 실시예 8에서는 50%였다. 실시예 5(함침율50%)도 포함시켜서 비교하면, 액고임부(22)의 단면적이 연속적으로 감소하는 높이(H)가 클수록 함침율이 향상되었다.

[표 4]

<300mm 폭용 프리프레그 제조 장치를 사용한 평가>

도 7의 형태의 도포부(20c) 타입의 도포부를 사용하였고, 프리프레그 제조 장치로서 도 21에 기재된 구성의 장치(수지 공급부는 묘화를 생략)를 사용했다.

도포부(20c)는, 액고임부(22) 및 협착부(23)를 형성하는 벽면 부재(21e, 21f)에는 스테인레스제의 블록을 사용하였고, 또한 측판 부재(24a, 24b)에는 스테인레스제의 플레이트를 사용했다. 또한 도포액을 가온하기 위하여, 벽면 부재(21e, 21f) 및 측판 부재(24a, 24b)의 외주에 플레이트 히터를 부착하고, 열전대로 온도 계측을 행하면서, 도포액의 온도 및 점도를 조정했다. 또한 시트형 탄소 섬유 다발(416)의 주행 방향은 수직 방향 하향, 액고임부(22)는 2단 테이퍼형이지만, 상부 테이퍼는 벌어짐 각도 17°, 테이퍼 높이(즉 H)는 100mm, 하부 테이퍼는 벌어짐 각도 7°였다. 또한, 폭 규제 기구로서, 도 5에 기재된 바와 같은 도포부 내부 형상에 맞춘 판형 부시(27)를 구비하고 있고, 또한 이 판형 부시의 설치 위치를 자재로 변경하여, L2를 적절하게 조정할 수 있도록 했다. 협착부(23)의 폭(Y)은, L2를 300mm로 한 경우, 300mm가 되도록 했다. 협착부(23)의 간극(D)은 0.2mm로 했다. 이 경우에, 출구 슬릿의 어스펙트비는 1500이 된다. 또한, 협착부 출구로부터 도포액이 누출되지 않도록, 협착부 출구 하면에 있어서 부시보다 외측은 막아서 사용했다.

프리프레그의 제작은, 강화 섬유로서 탄소 섬유(도레이 제조, 토레카 T800S(24K))를 사용하고, 도포액으로서 후술하는 열경화성 에폭시 수지 조성물을 사용하여, 상기 장치에 의해 CFRP용 시트형 프리프레그의 제작을 행하였다. 또한, 강화 섬유 보빈(412)의 개수는 제작하는 프리프레그에 따라 변경을 행하였으나, 특별히 한정하지 않는 한, 56으로 했다.

크릴(411)에 걸린 복수의 강화 섬유 보빈(412)으로부터 강화 섬유 다발(414)을 인출하고, 강화 섬유 배열 장치(415)로 시트형 강화 섬유 다발(416)을 형성시키고, 방향 전환 롤(419)로 일단 상방으로 인도했다. 그 후, 시트형 강화 섬유 다발(416)은 방향 전환 롤(419)을 거쳐, 수직 하향으로 반송되고, 강화 섬유 예열 장치(420)에서 도포부 온도 이상으로 가열되고, 도포부(430)에 인도되어, 도포액이 도포되었다. 그 후, 도포부(430)로부터 도포액 함침 시트형 강화 섬유 다발(프리프레그)(471)이 인출되고, 방향 전환 롤(441) 상에서 상측 이형 시트(446)(이 경우에는 이형지)과 적층되고, 고장력 인취 S자 롤(449)에 의해 인취되었다. 그리고, 고장력 인취 S자 롤(449)의 상부 롤에 하측 이형 시트(446)(이 경우에는 이형지)가 공급되고, 프리프레그를 이형지로 협지한 시트형 일체물이 형성되었다. 또한, 이것이 열판(451)과 가열 닙 롤(452)을 구비한 추가 함침 장치(450)에 인도되어, 경우에 따라 추가 함침을 행하였다. 그 후, 냉각 장치(461)를 거치고, 상측 이형지를 박리하고, 시트형 일체물(472)이 권취되었다.

도포액(열경화성 에폭시 수지 조성물):

열경화성 에폭시 수지 조성물 1(도포액 A):

에폭시 수지(방향족 아민형 에폭시 수지+비스페놀형 에폭시 수지의 혼합물), 경화제(디아미노디페닐술폰), 폴리에테르술폰의 혼합물이며, 폴리머 입자는 함유하고 있지 않다. 이 열경화성 에폭시 수지(1)의 점도를 TA Instruments사에서 제조한 ARES-G2를 사용하여, 측정 주파수 0.5Hz, 승온 속도 1.5℃/분으로 측정한 바, 75℃에서 50Pa·s, 90℃에서 15Pa·s, 105℃에서 4Pa·s였다.

열경화성 에폭시 수지 조성물 2(도포액 B):

에폭시 수지(방향족 아민형 에폭시 수지+비스페놀형 에폭시 수지의 혼합물), 경화제(디아미노디페닐술폰), 폴리에테르술폰의 혼합물에, 폴리머 입자로서, 일본공개특허 제2011-162619호 공보의 실시예에 기재된 「입자 3」(Tg=150℃)을 수지 조성물 전체의 질량을 100질량%로 했을 때 12질량%로 되도록 첨가한 것을 사용했다.

이 열경화성 에폭시 수지(2)의 점도를 TA Instruments사에서 제조한 ARES-G2를 사용하여, 측정 주파수 0.5Hz, 승온 속도 1.5℃/분으로 측정한 바, 75℃에서 118Pa·s, 90℃에서 32Pa·s, 105℃에서 10Pa·s였다.

[실시예 9, 10]

도포액으로서는 열경화성 에폭시 수지 조성물 1(도포액 A)을 사용하고, 폭 규제 기구로서 2개의 판형 부시를 사용하고, 이들의 하단 사이의 거리(L2)를 각각 300mm(실시예 9), 150mm(실시예 10)로 하고, 탄소 섬유 보빈수를 각각 56, 28로 하여 300mm 폭, 150mm 폭의 프리프레그를 제작했다. 단, 이 실시예 9 및 10에서는 추가 함침 장치(450)의 열판(451), 가열 닙 롤(454)은 사용하지 않고, 추가 함침은 행하지 않았다. 그리고, 액고임부의 도포액 온도는 90℃(15Pa·s 상당)로 했다. 또한, 시트형 강화 섬유 다발, 프리프레그의 주행 속도는 20m/분으로 했다. 이 때의 각종 안정 주행 평가 항목, 함침율을 표 5에 나타내지만, 폭 규제 기구를 사용함으로써, 동일한 도포부를 사용해도 원하는 프리프레그 폭으로 안정 주행할 수 있고, 시트형 강화 섬유 다발의 섬유 다발의 갈라짐, 단부 절곡 모두 「Excellent」인 것을 확인했다. 다만, 표 5의 평가는 주행 시간 30분간으로 실시했다. 그리고, 본 실시예에서는, 함침율이 실시예 5, 7, 8에 비해 높아져 있고, 이는 도 7에 기재된 도포부는 액압을 높게 할 수 있기 때문인 것으로 여겨진다.

또한, 프리프레그의 폭 방향 단위면적당중량 균일성을 다음과 같이 평가했다. 실시예 9에서 얻은 폭 300mm의 프리프레그를 폭 방향으로 가로 100mm×세로 100mm, 우측 단부, 중앙, 좌측 단부에서 잘라내고, 프리프레그의 질량, 탄소 섬유의 질량을 각각 n=3으로 측정했다. 탄소 섬유의 질량은 프리프레그로부터 수지를 용제로 용출된 잔사로서 측정했다. 이로부터, 각 샘플링 위치에서의 평균값을 각각 산출하고, 각 샘플링 위치에서의 평균값끼리를 비교한 바, 탄소 섬유, 수지 모두 플러스 마이너스 2질량%의 범위 내에 들어가 있어, 우수한 단위면적당중량 균일성이었다.

[표 5]

[실시예 11]

액고임부의 도포액 온도를 82℃(28Pa·s 상당)로 한 점 이외에는, 실시예 9와 동일한 방법으로 300mm 폭의 프리프레그의 제작을 행하였다. 이 때의 각종 안정 주행 평가 항목, 함침율을 표 6에 나타내었고, 양호한 주행성이었다. 다만, 문제가 될 정도는 아니지만 시트형 강화 섬유 다발의 「섬유 다발의 갈라짐」은 실시예 9에는 미치지 못했다.

[실시예 12, 13]

도포액으로서 열경화성 에폭시 수지(2)(도포액 B)를 사용하고, 액고임부의 도포액 온도를 90℃(실시예 12), 105℃(실시예 13)로 한 점 이외에는 실시예 9와 동일한 방법으로 300mm 폭의 프리프레그의 제작을 행하였다. 이 때의 각종 안정 주행 평가 항목, 함침율을 표 6에 나타내지만, 모두 양호한 평가 결과였지만, 실시예 13이 주행 안정성, 함침율 모두 우위했다.

또한, 실시예 13의 실험 후에 도포부의 폭 규제 장치 사이에 잔존한 수지를 샘플링하고, 용제로 수지로 녹이고, 이것을 여과하여 폴리머 입자를 걸러내어, 질량을 측정했다. 이에 의하면, 폴리머 입자의 도포부 통과율은 99% 이상으로 계산되므로, 폴리머 입자는 대부분이 도포부를 통과하고 프리프레그에 도포되고 있는 것으로 판단했다.

[표 6]

[실시예 14, 15]

열판(451)과 가열 닙 롤(452)을 구비한 추가 함침 장치(450)를 가동시켜 사용한 점 이외에는, 실시예 9(실시예 14에 대응) 및 실시예 13(실시예 15에 대응)에 기재된 방법으로 시트형 강화 섬유 다발에 도포액의 함침을 행하고, 계속하여 그것을 추가 함침기 장치(450)로 인도하여, 일본공개특허 제2011-132389호 공보를 참고하여 인라인으로 추가 함침을 행하였다. 얻어진 프리프레그의 함침도는 양쪽 모두 90% 이상이었다.

[실시예 16, 17]

실시예 14 및 실시예 15에서 얻어진 300mm 폭의 프리프레그/이형지로 이루어지는 시트형 일체물을 슬릿하여, 폭 7mm의 프리프레그 테이프를 얻었다. 이 프리프레그 테이프는 함침이 충분히 진행되고 있으므로, 슬리터(slitter)의 커터날에 대한 수지의 부착은 적었다.

[실시예 18∼21, 참고예 1]

실시예 14∼17에서 얻어진 프리프레그, 프리프레그 테이프를 6층 적층하고, 오토클레이브를 사용하여 180℃, 6kgf/cm²(0.588MPa)로 2시간 경화시켜, CFRP을 얻었다(실시예 18∼21). 얻어진 CFRP은 모두 인장 강도가 2.8GPa∼3.1GPa의 범위에 있어, 항공·우주용의 구조 재료로서 바람직한 기계적 특성을 가지고 있었다.

또한, 실시예 1에서 사용한 탄소 섬유 및 열경화성 에폭시 수지 1(도포액 A)을 사용하여, 종래의 핫멜트법으로 제작한 프리프레그를 오토클레이브를 사용하여 180℃, 6kgf/cm²(0.588MPa)로 2시간 경화시킨 CFRP의 인장 강도는 2.9GPa였다(참고예 1).

그리고, CFRP 인장 강도는, WO2011/118106 팜플렛과 동일하게 측정을 행하고, 프리프레그 중의 강화 섬유의 체적%를 56.5%로 규격화한 값을 사용했다.

본 발명의 제조 방법으로 얻어지는 도포액 함침 시트형 강화 섬유 다발은, CFRP로 대표되는 FRP로서, 항공·우주용도나 자동차·열차·선박 등의 구조 재료나 내장재, 압력 용기, 산업 자재 용도, 스포츠 재료 용도, 의료 기기 용도, 하우징 용도, 토목·건축 용도 등에 널리 적용할 수 있다.

본 출원은, 2017년 03월 23일 출원된 일본특허출원 2017-056926에 기초한 것이며, 그 내용은 여기에 참조로서 원용된다.

1: 강화 섬유
1a: 시트형 강화 섬유 다발
1b: 도포액 함침 시트형 강화 섬유 다발
2: 도포액
3: 이형 시트
11: 크릴
12: 배열 장치
13, 14: 반송 롤
15: 권취 장치
16: 이형 시트 공급 장치
20: 도포부
20b: 다른 실시형태의 도포부
20c: 다른 실시형태의 도포부
20d: 다른 실시형태의 도포부
20e: 다른 실시형태의 도포부
21a, 21b: 벽면 부재
21c, 21d: 다른 형상의 벽면 부재
21e, 21f: 다른 형상의 벽면 부재
21g, 21h: 다른 형상의 벽면 부재
21i, 21j: 다른 형상의 벽면 부재
22: 액고임부
22a: 액고임부 중 단면적이 연속적으로 감소하는 영역
22b: 액고임부 중 단면적이 감소하지 않는 영역
22c: 액고임부 중 단면적이 단속적으로 감소하는 영역
23: 협착부
24a, 24b: 측판 부재
25: 출구
26: 간극
30: 비교예 1의 도포부
31a, 31b: 비교예 1의 벽면 부재
32: 비교예 1의 액고임부
33: 비교예 1의 액고임부 중 단면적이 단속적으로 감소하는 영역
35a, 35b, 35c: 바
100: 도포 장치
B: 액고임부(22)의 안길이
C: 액고임부(22)의 상부 액면까지의 높이
D: 협착부의 간극
G: 폭 규제를 행하는 위치
H: 액고임부(22)의 단면적이 연속적으로 감소하는 수직 방향 높이
L: 액고임부(22)의 폭
R, Ra, Rb: 소용돌이 흐름
T: 순환류
W: 협착부(23)의 바로 아래에서 측정한 도포액 함침 시트형 강화 섬유 다발(1b)의 폭
Y: 협착부(23)의 폭
Z: 시트형 강화 섬유 다발(1a)의 주행 방향(수직 방향 하향)
θ: 테이퍼부의 벌어짐 각도
411: 크릴
412: 강화 섬유 보빈
413: 방향 전환 가이드
414: 강화 섬유 다발
415: 강화 섬유 배열 장치
416: 시트형 강화 섬유 다발
417: 확폭 장치
418: 평활화 장치
419: 방향 전환 롤
420: 강화 섬유 예열 장치
430: 도포부
431: 제1 도포부
432: 제2 도포부
44: 일방향 전환 롤
442: 이형 시트 (상) 공급 장치
443: 이형 시트 (하) 공급 장치
444: 고장력 인취 장치
445: 방향 전환 롤
446: 이형 시트
447: 적층 롤
448: 고장력 인취 장치
449: 고장력 인취 S자 롤
450: 추가 함침 장치
451: 열판
452: 가열 닙 롤
453: 간이 추가 함침 장치
454: 가열 닙 롤
455: 가열S자 롤
456: 컨택트 롤
461: 냉각 장치
462: 인취 장치
463: 이형 시트 (상) 권취 장치
464: 와인더
471: 프리프레그(도포액 함침 시트형 강화 섬유 다발)
472: 프리프레그/이형 시트(시트형 일체물)

Claims

도포액이 저류(貯留)된 도포부의 내부에,
강화 섬유를 일방향으로 배열한 시트형 강화 섬유 다발을,
수직 방향 하향으로 통과시켜 도포액을 시트형 강화 섬유 다발에 부여하는 도포액 함침 시트형 강화 섬유 다발의 제조 방법으로서,
상기 도포부는 서로 연통된 액고임부와 협착부(狹窄部)를 구비하고,
상기 액고임부는 시트형 강화 섬유 다발의 주행 방향을 따라 단면적이 연속적으로 감소하는 부분을 가지고,
상기 협착부는 슬릿형의 단면을 가지고, 또한 액고임부 상면보다 작은 단면적을 가지고,
상기 액고임부 내에 시트형 강화 섬유 다발의 폭을 규제하기 위한 폭 규제 기구(機構)를 구비하고, 협착부의 바로 아래에서의 시트형 강화 섬유 다발의 폭(W)과 상기 폭 규제 기구 하단에 있어서 폭 규제 기구에 의해 규제되는 폭(L2)의 관계가, L2≤W+10 (mm)를 만족시키는
도포액 함침 시트형 강화 섬유 다발의 제조 방법.
제1항에 있어서,
강화 섬유의 배열 방향에서의 액고임부의 하부 폭(L)과,
협착부의 바로 아래에서의 시트형 강화 섬유 다발의 폭(W)이,
L≤W+10 (mm)
를 만족시키는, 도포액 함침 시트형 강화 섬유 다발의 제조 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 폭 규제 기구가 상기 액고임부 및 협착부의 전역(全域)에 걸쳐 구비되어 있는, 도포액 함침 시트형 강화 섬유 다발의 제조 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
액고임부에서의 단면적이 연속적으로 감소하는 부분의 수직 방향 높이가 10mm 이상인, 도포액 함침 시트형 강화 섬유 다발의 제조 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
변형 속도(strain rate) 3.14s^-1에서 측정한 도포액의 점도가 1∼60 Pa·s인, 도포액 함침 시트형 강화 섬유 다발의 제조 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
도포액이 열경화성 수지를 포함하는, 도포액 함침 시트형 강화 섬유 다발의 제조 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
폴리머 입자를 포함한 도포액을 사용하고, 또한 도포부 내에서의 상기 도포액의 온도를 상기 폴리머 입자를 구성하는 수지의 유리 전이 온도(Tg) 또는 융점(Tm)보다 20℃ 이상 낮은 상태에서 도포액을 시트형 강화 섬유 다발에 부여하는, 도포액 함침 시트형 강화 섬유 다발의 제조 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
시트형 강화 섬유 다발을 가열한 후, 액고임부로 인도하는, 도포액 함침 시트형 강화 섬유 다발의 제조 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
시트형 강화 섬유 다발을 평활화 처리한 후, 액고임부로 인도하는, 도포액 함침 시트형 강화 섬유 다발의 제조 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
시트형 강화 섬유 다발을 확폭(擴幅) 처리한 후, 액고임부로 인도하는, 도포액 함침 시트형 강화 섬유 다발의 제조 방법.
제1항 또는 제2항에 기재된 도포액 함침 시트형 강화 섬유 다발의 제조 방법에 의해 도포액 함침 시트형 강화 섬유 다발을 얻고, 얻어진 도포액 함침 시트형 강화 섬유 다발 중 적어도 한쪽 면에 이형(離型) 시트를 부여하여 시트형 일체물로 한 후, 시트형 일체물을 인취하는, 시트형 일체물의 제조 방법.
제11항에 있어서,
시트형 일체물을 형성한 후에 추가 함침을 행하는, 시트형 일체물의 제조 방법.
강화 섬유가 일방향으로 배열된 시트형 강화 섬유 다발에 도포액을 부여하는 도포 장치로서,
시트형 강화 섬유 다발을 수직 방향 하향으로 주행시키는 주행 기구와, 도포 기구를 가지고,
상기 도포 기구는 그 내부에 도포액을 저류 가능하고, 서로 연통된 액고임부와 협착부를 구비하고 있고,
상기 액고임부는, 시트형 강화 섬유 다발의 주행 방향을 따라 단면적이 연속적으로 감소하는 부분을 가지고,
상기 액고임부 내에, 시트형 강화 섬유 다발의 폭을 협착부의 바로 아래에서의 시트형 강화 섬유 다발의 폭(W)과 해당 폭 규제 기구 하단에 있어서 폭 규제 기구에 의해 규제되는 폭(L2)의 관계가, L2≤W+10 (mm)를 만족하도록 규제 가능한 폭 규제 기구(機構)를 구비하고,
상기 협착부는, 슬릿형의 단면을 가지고, 또한 액고임부 상면보다 작은 단면적을 가지는, 도포 장치.
강화 섬유를 배열하고 시트형 강화 섬유 다발을 형성하는 기구와 시트형 강화 섬유 다발을 가열하는 기구와 제13항에 기재된 도포 장치와 이형 시트의 공급 장치와 닙(nip) 롤 및/또는 S자 롤과 와인더를 구비한, 시트형 일체물의 제조 장치.
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